论文部分内容阅读
2003年9月，一位英国探险家乘坐柳条篮老式热气球成功飞越大西洋的壮举，轰动了整个世界。不仅使他成为世界上乘坐气球飞越大西洋的第一人；同时也让人们对气球诞生以来所发挥的作用，注入了新的注意力。
最早使用的航天器
我国历史上的“三国”时期，著名军事家诸葛亮发明了一种椭圆形的“孔明灯”。这种灯高12米。直径8米，用藤条做骨架，外面用棉纸裱糊，下面系有盛满动物油的器皿。使用时，在底口处点燃柴火，引燃器皿里的油，并让热气冲入灯壳内使灯升空，用以及时指挥和调动部队。“孔明灯”能够在空中飘浮很长时间，直到燃油烧尽后才慢慢坠落下来。于是，人们把它认作是世界上最早的热气球。
不过，真正意义上的热气球，发明人应当是法国的蒙哥尔费兄弟。他们是里昂附近的造纸工人，当看到碎纸片在篝火上飞舞时，两人不约而同地产生了利用热空气制造飞行物的念头。他们先是用纸袋，然后又用布袋，经过多次试验，一步步地走向成功。终于在1783年6月5日公开进行了巨大热气球的升空表演。热气球飞行的原理是加热热气球气囊中的空气，使空气的体积膨胀，从而导致气囊中空气的密度减小。当空气的浮力大于热气球本身的重力时，热气球就会上升。通过控制热气球上携带的燃烧器点火、熄火的间隔时间，就能调整球囊温度和气体密度，从而控制热气球的上升和下降，根据不同高度层的风向，热气球就能控制和调整自己的前进方向。
在热气球发明的同时，科学家们还研制出了氢气球。法国物理学家雅克·查理被公认是氢气球的鼻祖。1783年8月27日，第一只无人操纵的氢气球放飞，这只气球上升了900米，飞行24千米。12月1日，雅克·查理又驾驶氢气球飞越巴黎上空，两小时后，在距巴黎43千米的小镇上安全降落。氢气球的工作原理和热气球差不多，只不过是利用氢气替代了热气球中的空气。由于氢气与氧气混合后容易发生爆炸，极不安全，因此，后来人们又开始利用非常稳定的氦气来代替氢气，使气球的安全系数大大提高。
重要的科研工具
随着各种先进的飞行器不断出现，作为运输装置的气球已经慢慢退出人们的视野。但是在科学研究方面，气球仍然有着不可替代的地位。
1927年，美国有一位名叫格林的科研人员，在气球吊篮里放了两个可以加热的氧气瓶，跨过了高空平流层，升到了12000米以上。现在，有越来越多的科学家们利用气球来探测平流层。这种在平流层进行科学研究的气球被称为高空科学气球，是进行高空科学观测或实验的一种运载工具。它的飞行高度虽然不如卫星，却比飞机高得多，一般可达40～50千米。
美国、法国等国家，近年来陆续建立了许多气球通信站。这种通信站的传播能力相当于地面站的15倍，而造价只有地面站的1/5。为了使沙漠、海岛等一些偏远地区也能收看到电视节目，人们还采用了“气球电视台”。用绳索系住的气球上携带着广播电视设备及轻便发电机，地面上装有控制和操作系统。由于气球可上升到3～4千米的高空，因而电视信号的覆盖面积可达12～20平方千米。在采用气球电视台的地区，不需要安装特制的天线就可以收看1～68个频道的电视节目。
另外，高空气球还能进行搭载实验。近年来，为了利用空间条件来使生物诱变育种，我国已经多次利用卫星和高空气球先后将藻类、水稻、小麦、芦笋、玉米、大麦、棉花、谷子、大豆、绿豆、豌豆、红小豆、黄瓜、人参、自莲、辣椒等51种作物300多品种及幼苗搭载升空。
奇妙的空中武器
20世纪40年代以来，气球在军事上的作用进一步得以显露。在第二次世界大战中，许多国家都用过气球迎战御敌，并取得战争的胜利。1940年，德国空军向苏联首都莫斯科发动进攻，当飞到莫斯科上空时，只见无数气球随风飘荡。气球之间用钢索相连形成网状，严密地封锁了德国飞机进袭的去路，致使多架德国飞机缠挂住钢索网而机毁人亡。1944年，在英国伦敦保卫战中，为了抗击德国飞机的进犯，英国军方在伦敦上空布设了1700多只防空气球，并与歼击机、高射炮错落配置，密切配合，共摧毁德国231枚V-1型火箭。
具有出色本领的气球武器，现已广泛用于军事领域。在预警防空方面，飞行的气球配以高性能的雷达，警戒距离可以达到250千米。若配置2套相距400千米并装有预警设备的气球，可以使预警探测距离达900千米以上，相当于20多部地面警戒雷达的探测覆盖面积。
英国一家公司最近研制成气球防空系统，将气球与烟雾相结合，把雷达反射体和红外诱饵一起带到1000多米的高度，可以形成有效的防空屏障，来截获低空突袭的飞机。
新型太阳能收集器
以色列科学家开发出一种可以升到几百米高空的太阳能板气球，这种装置造价低廉，发电效率高。
太阳能是地球上随处都可以得到的绿色能源，许多国家都在发展太阳能发电。建造大规模太阳能电站面临的重要问题，是需要有宽阔的空地来放置太阳能电池板；而且，太阳能电池板造价过高、发电效率低下，也是难以突破的瓶颈。
为了有效地解决这些问题，以色列的研究人员成功推出了太阳能气球系统。只要在这些气球的表面，贴上厚度只有0.2厘米的太阳能板，然后放到几百米的高空，数以千计的蓝色气球高高挂在天空，马上就成了小小发电厂。充满氮气球体的表面是薄膜。柔软的光电板用来捕获太阳光线。该系统通过电缆与地面相连，把太阳能传送回到地球。
由于发电器采用球形和盘状的设计，在一天的不同时间都可以充分地接收阳光的直射，因此大大提高了发电效率。一个直径3米的气球能够产生1000瓦的电力，效能和一个25平方米的传统太阳能板相同。然而，传统的太阳能电池板要考虑角度问题，有时还会被高楼大厦的阴影挡住，而气球不管怎样转，都能捉得到阳光。
太阳能板气球的最大好处是不受地形限制、随处可用，而且还可以在空中待上1年。在海洋或沙漠地区，虽然阳光充沛，但由于很难建立发电设施，往往白白浪费了丰富的太阳能。在这些不可能盖发电厂的地方，太阳能板气球就能派上用场。另外，由于这套设施的使用和拆卸都比较方便，还可以给暂时性断电的地区提供紧急帮助。如果有地区因为天灾停电，也可以拿太阳能板气球应急发电。
研究人员在以色列的几个地点进行测试，数据表明，太阳能板气球成本只要4000美元，只是传统太阳能板的40％，比传统方法降低了一半还多。此外，在节省地面空间的同时，还可以节省建造建筑物等设施的费用。
利用气球宇宙探秘
人类的探测器到达火星已经有两年多的时间。然而，火星上的地表十分崎岖不平，运行的火星车行动十分缓慢。为了克服火星车的这些缺陷，美国研究人员研制了一种最理想的可操控气球系统。它不但行动快，还可用来运载探测仪器，让仪器既能接近地表，又不会被撞坏。气球的制造和使用的成本低，能源消耗少，被认为是一种独一无二的太空探测平台。这个工作系统的原理很简单，不过是学习了动物尾巴控制方向的本领，气球拖着一根几千米长的绳子，通过导航系统来控制绳子的摆动方向，气球会因此改变航行方向。气球下端装有一个仪器篮，其中有一台摄像机和一些实验仪器盒。摄像机观测火星的地表特征，在地球上的科学家通过这个摄像机观测到值得研究的地点时，气球慢慢降落到地表。此时，气球上的自动推动系统抛下一个可实验仪器盒到火星表面，盒中的仪器启动后进行更深入的探测工作。目前，环球宇航公司的研究人员正在对研制成功的导航气球进行测试，测试成功后将在5年内送到火星上进行探测工作。
另据报道，日本和美国联合组成的研究小组，同样采取利用气球进行宇宙观测的方式。为了使气球持续飞行、观测数据大幅度增加，他们计划将原设立在北美加拿大的实验观测地迁移到南极。在南极上空放飞气球，可以使原来当天放出、当天收回的工作程序，延长到两个星期。从而能够收集到更多的有力证据。
责任编辑 庞 云
最早使用的航天器
我国历史上的“三国”时期，著名军事家诸葛亮发明了一种椭圆形的“孔明灯”。这种灯高12米。直径8米，用藤条做骨架，外面用棉纸裱糊，下面系有盛满动物油的器皿。使用时，在底口处点燃柴火，引燃器皿里的油，并让热气冲入灯壳内使灯升空，用以及时指挥和调动部队。“孔明灯”能够在空中飘浮很长时间，直到燃油烧尽后才慢慢坠落下来。于是，人们把它认作是世界上最早的热气球。
不过，真正意义上的热气球，发明人应当是法国的蒙哥尔费兄弟。他们是里昂附近的造纸工人，当看到碎纸片在篝火上飞舞时，两人不约而同地产生了利用热空气制造飞行物的念头。他们先是用纸袋，然后又用布袋，经过多次试验，一步步地走向成功。终于在1783年6月5日公开进行了巨大热气球的升空表演。热气球飞行的原理是加热热气球气囊中的空气，使空气的体积膨胀，从而导致气囊中空气的密度减小。当空气的浮力大于热气球本身的重力时，热气球就会上升。通过控制热气球上携带的燃烧器点火、熄火的间隔时间，就能调整球囊温度和气体密度，从而控制热气球的上升和下降，根据不同高度层的风向，热气球就能控制和调整自己的前进方向。
在热气球发明的同时，科学家们还研制出了氢气球。法国物理学家雅克·查理被公认是氢气球的鼻祖。1783年8月27日，第一只无人操纵的氢气球放飞，这只气球上升了900米，飞行24千米。12月1日，雅克·查理又驾驶氢气球飞越巴黎上空，两小时后，在距巴黎43千米的小镇上安全降落。氢气球的工作原理和热气球差不多，只不过是利用氢气替代了热气球中的空气。由于氢气与氧气混合后容易发生爆炸，极不安全，因此，后来人们又开始利用非常稳定的氦气来代替氢气，使气球的安全系数大大提高。
重要的科研工具
随着各种先进的飞行器不断出现，作为运输装置的气球已经慢慢退出人们的视野。但是在科学研究方面，气球仍然有着不可替代的地位。
1927年，美国有一位名叫格林的科研人员，在气球吊篮里放了两个可以加热的氧气瓶，跨过了高空平流层，升到了12000米以上。现在，有越来越多的科学家们利用气球来探测平流层。这种在平流层进行科学研究的气球被称为高空科学气球，是进行高空科学观测或实验的一种运载工具。它的飞行高度虽然不如卫星，却比飞机高得多，一般可达40～50千米。
美国、法国等国家，近年来陆续建立了许多气球通信站。这种通信站的传播能力相当于地面站的15倍，而造价只有地面站的1/5。为了使沙漠、海岛等一些偏远地区也能收看到电视节目，人们还采用了“气球电视台”。用绳索系住的气球上携带着广播电视设备及轻便发电机，地面上装有控制和操作系统。由于气球可上升到3～4千米的高空，因而电视信号的覆盖面积可达12～20平方千米。在采用气球电视台的地区，不需要安装特制的天线就可以收看1～68个频道的电视节目。
另外，高空气球还能进行搭载实验。近年来，为了利用空间条件来使生物诱变育种，我国已经多次利用卫星和高空气球先后将藻类、水稻、小麦、芦笋、玉米、大麦、棉花、谷子、大豆、绿豆、豌豆、红小豆、黄瓜、人参、自莲、辣椒等51种作物300多品种及幼苗搭载升空。
奇妙的空中武器
20世纪40年代以来，气球在军事上的作用进一步得以显露。在第二次世界大战中，许多国家都用过气球迎战御敌，并取得战争的胜利。1940年，德国空军向苏联首都莫斯科发动进攻，当飞到莫斯科上空时，只见无数气球随风飘荡。气球之间用钢索相连形成网状，严密地封锁了德国飞机进袭的去路，致使多架德国飞机缠挂住钢索网而机毁人亡。1944年，在英国伦敦保卫战中，为了抗击德国飞机的进犯，英国军方在伦敦上空布设了1700多只防空气球，并与歼击机、高射炮错落配置，密切配合，共摧毁德国231枚V-1型火箭。
具有出色本领的气球武器，现已广泛用于军事领域。在预警防空方面，飞行的气球配以高性能的雷达，警戒距离可以达到250千米。若配置2套相距400千米并装有预警设备的气球，可以使预警探测距离达900千米以上，相当于20多部地面警戒雷达的探测覆盖面积。
英国一家公司最近研制成气球防空系统，将气球与烟雾相结合，把雷达反射体和红外诱饵一起带到1000多米的高度，可以形成有效的防空屏障，来截获低空突袭的飞机。
新型太阳能收集器
以色列科学家开发出一种可以升到几百米高空的太阳能板气球，这种装置造价低廉，发电效率高。
太阳能是地球上随处都可以得到的绿色能源，许多国家都在发展太阳能发电。建造大规模太阳能电站面临的重要问题，是需要有宽阔的空地来放置太阳能电池板；而且，太阳能电池板造价过高、发电效率低下，也是难以突破的瓶颈。
为了有效地解决这些问题，以色列的研究人员成功推出了太阳能气球系统。只要在这些气球的表面，贴上厚度只有0.2厘米的太阳能板，然后放到几百米的高空，数以千计的蓝色气球高高挂在天空，马上就成了小小发电厂。充满氮气球体的表面是薄膜。柔软的光电板用来捕获太阳光线。该系统通过电缆与地面相连，把太阳能传送回到地球。
由于发电器采用球形和盘状的设计，在一天的不同时间都可以充分地接收阳光的直射，因此大大提高了发电效率。一个直径3米的气球能够产生1000瓦的电力，效能和一个25平方米的传统太阳能板相同。然而，传统的太阳能电池板要考虑角度问题，有时还会被高楼大厦的阴影挡住，而气球不管怎样转，都能捉得到阳光。
太阳能板气球的最大好处是不受地形限制、随处可用，而且还可以在空中待上1年。在海洋或沙漠地区，虽然阳光充沛，但由于很难建立发电设施，往往白白浪费了丰富的太阳能。在这些不可能盖发电厂的地方，太阳能板气球就能派上用场。另外，由于这套设施的使用和拆卸都比较方便，还可以给暂时性断电的地区提供紧急帮助。如果有地区因为天灾停电，也可以拿太阳能板气球应急发电。
研究人员在以色列的几个地点进行测试，数据表明，太阳能板气球成本只要4000美元，只是传统太阳能板的40％，比传统方法降低了一半还多。此外，在节省地面空间的同时，还可以节省建造建筑物等设施的费用。
利用气球宇宙探秘
人类的探测器到达火星已经有两年多的时间。然而，火星上的地表十分崎岖不平，运行的火星车行动十分缓慢。为了克服火星车的这些缺陷，美国研究人员研制了一种最理想的可操控气球系统。它不但行动快，还可用来运载探测仪器，让仪器既能接近地表，又不会被撞坏。气球的制造和使用的成本低，能源消耗少，被认为是一种独一无二的太空探测平台。这个工作系统的原理很简单，不过是学习了动物尾巴控制方向的本领，气球拖着一根几千米长的绳子，通过导航系统来控制绳子的摆动方向，气球会因此改变航行方向。气球下端装有一个仪器篮，其中有一台摄像机和一些实验仪器盒。摄像机观测火星的地表特征，在地球上的科学家通过这个摄像机观测到值得研究的地点时，气球慢慢降落到地表。此时，气球上的自动推动系统抛下一个可实验仪器盒到火星表面，盒中的仪器启动后进行更深入的探测工作。目前，环球宇航公司的研究人员正在对研制成功的导航气球进行测试，测试成功后将在5年内送到火星上进行探测工作。
另据报道，日本和美国联合组成的研究小组，同样采取利用气球进行宇宙观测的方式。为了使气球持续飞行、观测数据大幅度增加，他们计划将原设立在北美加拿大的实验观测地迁移到南极。在南极上空放飞气球，可以使原来当天放出、当天收回的工作程序，延长到两个星期。从而能够收集到更多的有力证据。
责任编辑 庞 云