青少年科普丨热气球——人类最早的飞行工具

热气球人类最早的飞行工具。世界上第一个热气球的发明和制造者是法国造纸商蒙特戈菲尔兄弟。而发明热气球的灵感则来自于他们看到碎纸片在火焰上飞舞，于是，这对兄弟产生了利用热空气制造飞行器的想法。在经过气球搭载动物的升空实验后，1783年11月21日，蒙特戈菲尔兄弟进行了第一次载人飞行的气球升空实验。这次飞行比莱特兄弟使用飞机载人升空飞行整整早了120年。热气球由球囊、吊篮和加热装置三部分构成。热气球的外皮是由强化尼龙制成的（有的热气球是由涤纶制成的），尽管它的质量很轻，但却极结实，球囊是不透气的；吊篮一般由藤条编制而成，着陆时能起到缓冲的作用；而燃烧器是热气球的动力装置。从这我们可以看出，热气球没有方向舵，升空后完全随风而行，充满着不确定性。

在这一背景下，1784年，第一艘人力飞艇由法国的罗伯特兄弟设计制造出来了。这艘充满着氢气的飞艇第一次飞行并不算成功，因为随着高度增加，飞艇气囊越来越膨胀，在这紧要关头，罗伯特兄弟赶紧用小刀把气囊刺穿了一个小孔，才使飞艇安全降到了地面。从这次试飞中，他们得到了飞艇气囊应该安装放气阀这一重要启示。而后随着工业革命的发展，蒸汽机、内燃机和电动机相继问世，为飞艇动力系统的改进创造了更为有利的条件。经过多次改进之后，有着动力系统的载人飞艇成为了人类航空的一个重要工具。

看到这里，很多人会禁不住问：热气球和飞艇能够自由升降的原理是什么呢？

原理很简单，2000多年前，我国就将这一原理运用在孔明灯上了。孔明灯是我国古代的重要发明之一，早在秦汉时期就有关于孔明灯的记载，据《太平御览·羽族部十五·鸟卵》引《淮南万毕术》写道：“艾火令鸡子飞。”其意可理解为：将燃烧的艾火放进鸡蛋壳里，鸡蛋壳可以飞起来。

可蛋壳为什么能飞？现代热学给出了一份很好的答案：当受热气体膨胀后向下运动，从而上升气流推动物体向上运动。孔明灯就是利用了这种浮升力（又叫反冲力）。具体来看，热气球点火后，燃烧器燃烧出的火种十分强大，其产生的反冲力也很强。所以，载人热气球就是在这一原理的基础上发明制造的。

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