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氢气球

氢气球

氢气球（英文：氢 Balloon，别名：空飘），即其内充满氢气，并靠氢气浮力向上漂浮的轻质球状或囊状物体。

世界上第一个氢气球诞生于1780年，由法国化学家布拉克把氢气灌入猪膀胱得以制成。而世界上首飞的不载任何乘客和货物的氢气球由法国发明家雅克·亚历山大-塞萨尔·查尔斯 (Jacques Alexandre-César Charles)在1783年8月设计实施。1783年12月1日，查尔斯和尼古拉斯-路易斯·罗伯特驾驶着他们的第二个氢气球进行了载人飞行。随着时间的推移，氢气球的种类和作用不断丰富，1784年，罗伯特兄弟尝试做了一个椭圆形的氢气球，并希望可以通过桨和伞来操纵它的飞行方向。但未能成功。在美国内战期间，联邦军部署了一支气球部队来侦察敌人的位置。1897年瑞典探险家S.A.安德烈试图乘氢气球抵达北极，氢气球降落后，乘客很快就死了。1887年（光绪十三年），上海江南制造局的华蘅芳成为中原地区第一个自制氢气球的人。1902年，德国气象学家阿斯曼第一个提出用橡胶气球来探测大气；1927年苏联气象学家研究出无线电探空仪法，促进了橡胶胶乳气球的快速发展。第二次世界大战期间，日本人利用携带炸弹氢气球轰炸美国，1955年中国第一家胶乳气球生产厂家成立，成功研制能测云测风的气象气球。

氢气球一般有橡胶氢气球、塑料膜氢气球和布料涂层氢气球等几种，较小的氢气球当前多用于儿童玩具或喜庆放飞用。较大的氢气球用于飘浮广告条幅，气象上可用氢气球探测高空，施放氢气球是气象部门创收的重要项目之一；军事上可用氢气球架设通信天线或发放传单。

历史沿革

世界上第一个氢气球诞生于1780年，由法国化学家布拉克把氢气灌入猪膀胱得以制成。

1783年6月5日，蒙戈尔费埃兄弟成功地使无人的热气球升空，法国发明家雅克·亚历山大-塞萨尔·查尔斯 (Jacques Alexandre-César Charles)对其做了改进。查尔斯从热空气密度小而使气球上浮升空的道理出发，认为应向气球中充入氢气。他认为氢气比空气更轻，应该更有利于气球的升空。帮助查尔斯制作气球的是罗伯特兄弟，兄弟俩主要负责制作气球的支架、吊篮，在薄绸上喷涂橡胶，用以做成气球。查尔斯负责准备有关原料，获得气球所需要的大量氢气。

1783年8月27日下午，在巴黎市中心的练兵广场，查尔斯把他的氢气球释放升空。它升高到915米的高空时，遭遇到了一场暴风雨。45分钟后，降落到24千米外的小村庄果尼斯。当地的农民看到氢气球还以为是怪物，便将其砸成了碎片，这是人类历史上第一次成功地完成了氢气球的无载人飞行，同年12月1日，在巴黎的宫廷花园，“查尔斯气球”二度升空，查尔斯和小罗伯特登上了氢气球，氢气球飞行了约两个小时，曾上升到1600米的高度，横越了43千米，缓缓降落在巴黎北方一个小镇附近，小罗伯特从悬篮中爬了出来。重量减轻之后的氢气球再次升空，这次甚至上升到了2745米的高度，又继续飞行了十多千米，最后在雷伊塔附近着陆。这是氢气球的首次成功载人飞行。

1784年，罗伯特兄弟尝试解决氢气球的一个主要缺陷，即只能随风而行。当时他们做了一个椭圆形的氢气球，并希望可以通过桨和伞来操纵它的飞行方向。但是，实验没有成功；氢气球无法用作公共交通工具，但人们发现了它在其他领域的价值。在美国内战期间，联邦军部署了一支气球部队来侦察敌人的位置。1870年至1871年，普鲁士王国人围攻巴黎时，有60多只气球从巴黎上空成功飞离。1897年瑞典探险家S.A.安德烈试图乘氢气球抵达北极，氢气球降落后，乘客很快就死了。

1887年（光绪十三年），天津武备学堂买到一个法国制造的一个旧气球。学堂要求德国教官利用这只气球作表演，而这位德国教官百般推托，不作表演。当时，上海江南制造局的华篱芳利用一个法国制造的一个旧气球，并另外制成一个直径五尺的气球，再把自制的氢气灌到球里，使气球飞上天空，成为中国第一个自制氢气球的人。

1900年左右，飞艇和气象气球先后出现；1900年德国人斐迪南·冯·齐柏林伯爵制造了第一架硬式飞艇，即用内部骨架来维持其外形和刚性的飞艇，其内部充上氢气就可升空。1902年，德国气象学家阿斯曼第一个提出用橡胶气球来探测大气；1927年苏联气象学家研究出无线电探空仪法，促进了橡胶胶乳气球的快速发展。1915年1月19日，德国利用飞艇第一次从1500米高空空袭了东英格兰，第二次世界大战期间，日本人利用携带炸弹氢气球轰炸美国，在1万个氢气球炸弹中，有1000个气球最终成功抵达目的地。1955年中国第一家胶乳气球生产厂家成立，利用国产天然胶乳为主体原料，采用离子沉积法成功研制能测云测风的气象气球。随着科技发展热气球的材料一再变更，不断提升其耐寒性、耐臭氧，和耐光老化性能，探空气球在外形结构上，经历了由简单到复杂又到简单的过程，气球升空高度提高，气球的可靠性也在增加。

随着时间的推移，氢气球的种类和作用不断丰富，有用于飘浮广告条幅的商用氢气球，有探测高空的气象用氢气球以及节日和玩具用小型天然橡胶氢气球等，氢气球的填充气体只有氢气和氦气。

基本设计

一般氢气球

一般氢气球的球面材料都是由塑料薄膜制成，下面连有吊篮，用于装载探测设备和仪器，吊篮内有压舱物，作为控制气球升降之用，气球底部有放气装置。

氢气密度小，比空气轻，因此氢气球的气囊下方都是封闭的，不需要进行加热。在地面时由于大气压力作用，气球体积不能太大，随着高度的升高，大气压力逐渐降低，气球的体积会逐渐增大，当气球内的气体膨胀到超过球体体积时，可以从下部的放气口溢出，以保证气球不会破裂，并可维持在所需的高度，这种气球称为零压差式气球。在某一高度上浮力和重力达到平衡，则气球维持高度不变，并利用高空大气环流飞行，可通过放出氢气或抛掉压舱物使气球下降或上升。

系留气球

系留气球采用流线型设计，用缆绳拴在地面绞车上，控制其在大气中飘浮高度的气球，而球体内充氦气。这种气球升到高空后或者因为压强变小而自爆，或者启动其自带放气设置，达一定高度后自动放气降落。

漂浮原理

根据阿基米德定律（又称浮力定律），其数学表达式是：，浸在液体或气体中的物体会受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体或气体所受的重力。具体来说就是，气球填充较低密度气体后，体积膨胀排开空气，而排开的空气重量就是气球所受到的浮力。由于低密度空气比同体积的空气轻，即使加上气球外皮的重量，气球整体受到的重力也较轻。于是乎，浮力大于重力，气球就飘起来了，然后越飞越高。