热气球利用了什么原理(人们利用什么原理制作热气球)

早在2009年,一位英国的冒险家家他乘坐用柳树条荆棘条编制的老式热气球成功飞越了浩瀚的大西洋,在全世界引起轰动。不仅使他成为世界上第一个乘气球飞越大西洋的人;同时,它也使人们对气球自诞生以来所起的作用产生了新的关注。

热气球作为人类第一种飞行器,在现代有什么新用途?

最早使用的航天器

在我国历史上东汉的“三国”时期,蜀国著名的军事家政治家诸葛亮发明了一种圆形的“孔明灯”。孔明灯灯有12米高。它直径8米,由藤条制成,外面用棉纸粘贴,下面用装满动物油的器具系着。使用时,在底部开口点燃柴火,点燃容器内的油,让热气冲入灯壳,将灯提起来,以便及时指挥和调动部队。“孔明灯”可以在空中漂浮很长时间,直到燃油耗尽。因此,人们认为它是世界上最早的热气球。

热气球作为人类第一种飞行器,在现代有什么新用途?

然而,真正热气球的发明者应该是法国的蒙哥尔夫兄弟。他们是里昂附近的造纸工人。当他们看到纸片在营火上飞舞时,他们有了用热空气制造飞行物体的想法。他们先用纸袋,然后用布袋。经过多次实验,他们一步一步地成功了。最后,1783年6月5日,一个巨大的热气球起飞。众所周知,热气球漂浮飞行的原理就是用火焰燃烧加热热气球中的空气,增加空气的一些体积,从而减少气球中气体的绝对密度。当空气中的气体漂浮力大于热气球自身的重力时,这时候热气球就会漂浮上升。通过控制热气球上的燃烧装置点火和熄火的时间,就可以控制气球温度和气体密度,从而就可以控制热气球的上浮和降低。根据不同高度的风向,热气球可以控制和调整其前进方向。

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在发明热气球的时候,科学家们也顺便发明了氢气球。法国的物理学家雅克·查理(Jacques Charlie)他被公认的认为是氢气球的发明者。1783年8月27日,第一个无人驾驶的氢气球被释放。气球上升900米,飞行24公里。12月1日,雅克·查理驾驶氢气球飞越巴黎上空。两小时后,他安全降落在离巴黎43公里的一个小镇上。氢气球的工作原理与热气球相似,只是氢被用来代替热气球中的空气。因为氢气和氧气混合后容易爆炸,所以非常不安全。因此,后来人们开始使用非常稳定的氦来代替氢,这大大提高了气球的安全系数。

重要的科研工具

随着各种先进飞机的不断出现,气球作为交通工具已逐渐退出人们的视野。但是在科学技术的研究中,热气球这种飞行器它仍然具有不可替代的地位和作用。

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1927年,美国一位名叫格林的科学研究人员将两个加热的氧气瓶放入气球篮中,穿过高空平流层,上升到12000多米。一直到现在,有越来越多的科学家和探险家使用气球探索平流层。这种用于平流层科学研究的气球被称为高空科学气球。它是一种用于高空科学观察或实验的运载工具。虽然热气球它的飞行高度远远没有卫星的高度高,但是,热气球在某些方面要比飞机高得多,一般高度至少可以达到40~50公里左右。

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近年来,美国、法国等国相继建立了多个气球通信站。该通信站的传输容量是地面站的15倍,成本仅为地面站的1/5。为了能让沙漠和岛屿等等的偏远地区可以接收到电视节目以及网络,科学家们还采用了“气球信号电视台”。系留气球携带无线电和电视设备以及便携式发电机和信号接收器等物品,地面配备有控制和操作系统。由于气球可以上升到3~4公里的高度,电视信号的覆盖面积可以达到12~20平方公里。在使用气球电视台的地区,可以观看1~68个频道的电视节目,无需安装特殊天线。

此外,高空气球也可以进行各种各样的实验。最近几年,为了能够使用太空的便利条件进行“生物诱变育种”,我国曾利用人造卫星高或者空热气球搭载51种作物的300多个品种和幼苗进行农业科学实验。

奇妙的空中武器

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自20世纪40年代以来,气球在军事上的作用被进一步揭示。在第二次世界大战中,许多国家用气球迎接和抵抗敌人,并赢得了战争。1940年,德国空军对苏联首都莫斯科发动了袭击。当它飞越莫斯科时,它看到无数的气球在风中漂浮。气球被钢缆连接成一个网络,紧紧堵住了德国飞机的飞行路线,导致许多德国飞机与钢缆网络纠缠在一起,造成人员伤亡。1944年,英国军方在伦敦上空部署了1700多个防空气球,以抵抗英国在伦敦的国防战争期间德国飞机的入侵。在战斗机和高射炮的密切配合下,他们摧毁了231枚德国V-1火箭。

气球武器以其优异的性能在军事领域得到了广泛的应用。预警和防空方面,气球搭载高性能雷达,预警距离可达250公里。如果配置两套距离为400公里、配备预警设备的气球,预警探测距离可达900公里以上,相当于20多台地面预警雷达的探测范围。

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一家英国公司最近开发了一种气球防空系统,该系统将气球与烟雾结合起来,将雷达反射器和红外诱饵带到1000米以上的高度。形成有效的防空屏障,拦截低空突袭飞机。

新型太阳能收集器

以色列科学家开发了一种太阳能板气球,可以上升到几百米的高度。该装置成本低,发电效率高。

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太阳能是一种绿色能源,可以在地球上任何地方获得。许多国家正在发展太阳能发电。大型太阳能发电厂建设面临的重要问题是需要一个开阔的空间来放置太阳能电池板;此外,太阳能电池板的高成本和低发电效率也是难以突破的瓶颈。

为了能够有效地解决这些事情,以色列的科学研究人员成曾经发射了一种“太阳能气球系统”。这些气球的表面贴上了厚度仅有0.2厘米的太阳能电板,之后,再让它们飞到几百米的高空。成千上万的蓝色气球高悬在天空,它们将立即成为一座小型发电厂。充满氮元素气体的球体表面就是一层“薄膜”。软光伏板用于捕捉阳光,将太阳能传输回地球。

由于发电机采用球面和圆盘设计,可在一天的不同时间充分接收阳光直射,发电效率大大提高。直径为3米的气球可以产生1000瓦的能量,这与25平方米的传统太阳能电池板相同。然而,传统的太阳能电池板需要考虑角度。有时它们会被高层建筑的阴影挡住,气球无论怎样转动都能抓住太阳。

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太阳能电池板气球的最大优点是不受地形限制,可以在任何地方使用,并且可以在空中停留一年。在海洋或沙漠地区,尽管阳光充足,但由于难以建立发电设施,这往往是对丰富太阳能的浪费。在无法建造发电厂的地方,太阳能电池板和气球可以派上用场。此外,由于该设施的使用和拆卸相对方便,还可以为临时停电区域提供紧急援助。如果自然灾害导致停电,你也可以带上太阳能电池板气球进行应急发电。

科学研究人员在以色列进行了一系列的测试。测试数据显示为,“太阳能气球电板”的造价仅仅为3000-4000美元左右,价格仅为一般传统太阳能电板的35%-40%,超过传统方法的一半。另外呢,不仅可以节约地面空间,它还可以大大地节约其他设施的成本。

利用气球宇宙探秘

热气球作为人类第一种飞行器,在现代有什么新用途?

人类探测器到达火星已经两年多了。然而,火星的表面非常崎岖,火星车的操作非常缓慢。为了克服火星车的这些缺陷,科学研究人员研究开发了一种比较可靠的“可控气球系统”。它不仅移动速度快,还可用于携带检测仪器,使仪器接近地面而不受损坏。气球以其低成本、低能耗被认为是一种独特的空间探索平台。这个工作系统的原理非常简单,但它已经学会了动物尾巴控制方向的能力。这种气球它将拖动一根数千米长的“绳子”,并且可以通过先进的导航系统控制绳子的摇动方向,所以气球就可以任意的改变导航方向。

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这种气球下面还装有一个仪器控制盒,包里面装有一个摄像机和一些实验仪器装置。照相机观察了火星的表面特征。当地球上的科学家通过这架照相机观察到值得研究的地方时,气球慢慢地降落在地面上。在这个时候,气球上的“自动推进系统”它会将一个实验仪器箱投放到火星的地表,箱子里面的精密仪器启动以后,就可以进行更加深入的探索研究。目前,全球航空航天公司的研究人员正在测试成功研制的导航气球。试验成功后,它将在若干年内被送往火星进行探索。

热气球作为人类第一种飞行器,在现代有什么新用途?

另据报道,日本和美国联合组建的研究小组也使用气球观测宇宙。为了保持气球飞行,并大大增加观测数据,他们计划将原来在北美和加拿大设立的实验观测点移到南极。在南极洲上空释放气球可以将原来在同一天释放和回收气球的工作程序延长到两周。以便收集更有力的证据。

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