Всё про воздушные шары: история создания и полезные советы в использовании

Что такое воздушный шар?

Воздушный шар – аппарат, наполненный газом, с помощью которого человек может подниматься в воздух на небольшое количество времени. У него есть существенный недостаток – отсутствие элементов управления, то есть он просто летит в ту сторону, в которую дует ветер. Так что такой вид транспорта скорее подходит для прогулок, чем как средство постоянно передвижения. К тому же в его корзину нельзя поместить много людей или тяжелые грузы, вес очень ограничен.

История двух братьев

А теперь поговорим о том, что нам точно известно. XVIII век. Франция. В городе Анноне живёт многодетная семья из 16-ти детей, которая владеет фабрикой по изготовлению бумаги. Двое из этих детей и изобретут воздушный шар. Жозеф-Мишель (1740—1810) и Жак-Этьенн (1745—1799). Кто первый из них задумался о воздушном шаре, сказать трудно.

А началось все когда отец отзывает Жозефа с учёбы, с Парижа домой, так как ему потребовалась помощь на фабрике. В это время Жозеф уже интересовался некоторыми аспектами естественных наук и был очень наблюдателен. Приблизительно в это же время Жак принимает управление фабрикой на себя, он тоже был не менее изобретателен. Братья были очень дружелюбны друг к другу, часто собирали вместе и обсуждали силы природы. Однажды, обсуждая облака и ветер который их движет по небосводу, братья задумались, а что если создать искусственные облака и поместить их в оболочку из ткани?

Предпосылки

Рассказ о том, кто изобрел воздушный шар, необходимо начать с объяснения условий, которые сделали возможным столь удивительное открытие. Ко второй половине 18 века уже был сделан ряд важнейших научных открытий, который позволил братьям реализовать на практике собственные наблюдения. Выше уже говорилось об открытии кислорода. В 1766 году другой британский исследователь Г. Кавендиш открыл водород – вещество, которое впоследствии стало активно использоваться в воздухоплавании. Примерно за десять лет до проведения знаменитого опыта с поднятием воздушного шара известный французский ученый А. Л. Лавуазье разработал теорию о роли кислорода в процессах окисления.

Подготовка

Итак, история о том, кто изобрел воздушный шар, тесно связана с научной жизнью второй половины 18 века. В данном случае важно отметить, что подобное изобретение стало возможно благодаря вышеперечисленным открытиям. Братья не только были в курсе последних научных открытий, но и пытались претворить их в жизнь.

Именно эта мысль и подтолкнула их к созданию шара.

В их распоряжении были все необходимые материалы для его изготовления: бумажная фабрика, оставленная им от отца, обеспечивала их бумагой, тканями. Поначалу они делали большие кульки, наполняли их горячим воздухом и запускали в небо. Первые несколько опытов подтолкнули их к идее создания большого шара. Поначалу они наполняли его паром, однако это вещество при поднятии быстро остывало, оседало в виде водяных осадков нас стенках материи. Затем было принято решение использовать водород, который, как известно, легче воздуха.

Однако этот легкий газ быстро испарялся и улетучивался через стенки материи. Не помогла даже обшивка шара бумагой, через которую газ все равно быстро исчезал. К тому же водород был очень дорогим веществом, и браться смогли раздобыть его с большим трудом. Нужно было искать другой способ для успешного завершения эксперимента.

Начинания братьев Монгольфье

Когда речь заходит о том, кто придумал первый воздушный шар, практически каждый образованный и начитанный человек вспоминает фамилию братьев Жозефа и Жака-Этьена Монгольфье. Конечно, этих изобретателей не следует считать единственными в своем роде, поскольку исследования подобных явлений проводились и ранее.

Толчком к тому, что воздушный шар был создан, стало открытие ученым Генри Кавендишем водорода: ученый выяснил, что плотность «горючего воздуха» гораздо меньше обычного воздуха.

Именно это свойство и было использовано в первых экспериментах и последующих открытиях Монгольфье. Братья проводили многочисленные испытания с рубашками, мешками и пробными шарами из натуральных тканей, которые хоть и взлетали, но невысоко. Но для того времени даже подобные факты оказывались пугающе новыми и едва ли не революционными.

Первые полноценные пробы прошли в 1782 году, когда в воздух поднялся шар объемом три кубометра. Следующий воздушный шар был уже намного больше: конструкция весила 225 килограммов и состояла из четырех боковых полос и купола из обклеенного бумагой хлопка. 4 июня изобретатели запустили этот опытный образец в воздух, но преодолеть удалось лишь около полутора километров, а закончился полет падением. Братья Монгольфье были не единственными, кто в этот период проводил подобные исследования: француз Жак Шарль запускал шары, наполненные водородом, что было значительным скачком в развитии данного направления.

Если шары от братьев-исследователей, наполняемые теплым воздухом, называли монгольфьерами, то творения мсье Шарля – шарльерами.

После подобного старта, считавшегося практически успешным, братья Монгольфье получили мощную поддержку от Академии наук. Финансовые вложения позволили им проводить новые запуски, так что следующий шар, на котором прокатились странная компания – овца, гусь и петух, был значительно больше своего предшественника: 450 килограммов при объеме в 1000 кубометров. После относительно успешного его приземления (плавного падения корзины с высоты около полукилометра) было принято решение провести испытания воздушной конструкции с людьми на борту.

В это же время Жак Шарль запустил шар из пропитанного каучуком шелка, который за время первого полета смог преодолеть расстояние в 28 километров.

Начало пути

Всё началось 5 июня 1783 года, когда сыновья французского бумажного промышленника Монгольфье создали огромный шар из бумаги, объемом 600 кубометров. Через решетку из виноградных веток он был наполнен дымом от костра и поднялся на 500 метров. Через 10 минут, когда дым остыл, шар приземлился в 2 км от места запуска.

Проработав все лето над усовершенствованием конструкции братья Монгольфье 19 сентября 1783 года отправили в полет первые живые души: барана, петуха и утку. А 21 ноября в достаточно крепкой и надежной корзине рискнули подняться в воздух два французских дворянина. Пролетев 9 км на высоте 1000 метров они вместе с шаром вернулись на землю невредимыми и стали почитаться как герои.

Но братья Монгольфье не были единственными, кто изобрел первые воздушные шары. Параллельно с ними над изобретением летательного аппарата работал другой француз: физик Шарль. Он создал более перспективную модель, вместо дыма использовав водород, этим намного продлив нахождение конструкции в воздухе и сделав возможными ее более компактные размеры. 27 августа 1783 года его изобретение — шар объемом около 200 кубометров из пропитанного каучуком шелка, успешно оторвался от земли и, покрыв расстояние в 28 км, почти через час благополучно приземлился.

Первый человек полетевший на воздушном шаре

Всего через пару месяцев после животных в воздух поднялись и люди. В некоторых источниках говорят, что король хотел послать на это дело тюремных заключенных, чтобы если все закончится летально, то не нести ответственности, но в итоге первоиспытателями стали знатные люди Пилатр-де-Розье и маркиз д’Арланд.

Случилось это также в Париже и все в том же 1783 году. Полет закончился огромной победой и мужчины продержались в воздухе целых 25 минут.

Спустя год в воздух поднялась и первая женщина по имени госпожа Тибль. Она парила над землей уже 142 минуты.

Подъёмная сила монгольфьера

Плотность воздуха может быть выражена формулой:

ρ=2922,4⋅P760⋅273T,

где ρ
 — плотность воздуха в кг/м³;
P
 — атмосферное давление в мм рт. ст.;
T
 — абсолютная температура воздуха в K.

Подъёмная сила монгольфьера в килограммах на 1 м³ объёма оболочки равна разности плотности воздуха в атмосфере и средней плотности воздуха в оболочке и может быть выражена формулой:

F=0,465⋅P⋅(1TA−1TO),

где TA
и TO
 — абсолютная температура забортного воздуха и средняя абсолютная температура воздуха внутри оболочки, соответственно.

Например, при атмосферном давлении 760 мм рт. ст., температуре атмосферного воздуха 0 °С и средней температуре воздуха в оболочке 50 °С подъёмная сила монгольфьера составит 0,2 кг на 1 м³ объёма оболочки, что в несколько раз меньше подъёмной силы шарльеров, наполненных водородом, гелием, метаном или аммиаком.

При подъёме монгольфьера изменения давления и температуры атмосферного воздуха действуют разнонаправленно: уменьшение давления ведёт к уменьшению подъёмной силы, а снижение температуры способствует её увеличению, но влияние давления преобладает, поэтому подъёмная сила монгольфьеров с увеличением высоты убывает. С увеличением температуры воздуха внутри оболочки подъёмная сила возрастает, но эта температура весьма ограничена жаростойкостью оболочки. По этим причинам монгольфьеры, как правило, поднимаются на высоту не более нескольких сотен метров.

Второй полет

Воздушный шар с корзиной был также изобретен этим людьми. Однако этому предшествовал огромный резонанс, который имело открытие никому неизвестных исследователей из маленького французского городка. Этим открытием заинтересовались ученые из Академии наук. Сам король Людовик XVI проявил такой интерес к полету шара, что братьев вызвали в Париж. на сентябрь 1783 года был назначен новый полет. Братья прикрепили к шару ивовую корзину и утверждали, что она выдержит пассажиров. Они хотели полететь сами, однако в газетах развернулась острая дискуссия по поводу большого риска. Поэтому для начала было решено поднять в корзине животных. В назначенный день, 19 сентября, шар в присутствии ученых, придворных и короля поднялся наверх вместе с «пассажирами»: петухом, бараном и уткой. После небольшого полета шар зацепился за ветки деревьев и опустился на землю. Выяснилось, что животные чувствуют себя хорошо, и тогда было принято решение о том, воздушный шар с корзиной выдержит и человека. Через некоторое время первый в мире воздушный полет осуществили Жак-Этьен и известный французский ученый, физик и химик Пилатр де Розье.

Дальнейшая работа

Жак Шарль продолжил работу над своим летательным аппаратом. Он ввел усовершенствования, которые повысили прочность оболочки шара и в некоторой степени обезопасили полет. Он изобрел способ измерять высоту и контролировать ее в полете и при посадке. Его нововведения, веревочная сеть для шара, мешки с песком для балласта, клапан для газа, воздушный якорь, сделали его летательный аппарат настоящим транспортным средством, позволяющим достаточно быстро и безопасно перемещаться на большие расстояния.

Единственный недостаток, взрывоопасный водород, по прошествии лет был заменен на безопасный гелий, но продолжал применяться на непилотируемых шарльерах. В России первый полет шара и человека состоялся в 1804 году в Петербурге. Затем воздушные шары использовались в основном для научных исследований.

Усовершенствование воздушных летательных аппаратов велось и в дальнейшем. В настоящее время аэростаты – это не только средство для практических целей, но и красивейший и популярный вид спорта. А первые ученые, которые изобрели воздушный шар, навсегда остались в истории воздухоплавания и человеческой памяти.

Воздушный шар в культуре и искусстве

• В романе Жюля Верна «Таинственный остров» главные персонажи прилетают из США на остров Линкольна на воздушном шаре.
• В «Волшебнике Изумрудного города» Александра Волкова Гудвин прилетает из Канзаса в Волшебную страну на воздушном шаре.
• В «Приключениях Незнайки и его друзей» Николая Носова главные персонажи прилетают из Цветочного города в Зелёный город на воздушном шаре.
• В 1873 году венгерский художник Пал Синьеи-Мерше написал картину «Воздушный шар».
• 30 августа 2019 года вышел фильм Тома Харпера «Аэронавты» о легендарном подъёме Джеймса Глейшера 5 сентября 1862 года. Роль воздухоплавателя сыграл Эдди Редмэйн.
• В романе Жюль Верна «Пять недель на воздушном шаре»  — главные герои на воздушном шаре намереваются пересечь Африку.