热气球(用热空气作为浮升气体的气球)

热气球（Hot Air Balloon），是用热空气作为浮升气体的气球，热气球是人类最早的飞行工具，由法国造纸商蒙特戈菲尔兄弟于十八世纪发明。

蒙特戈菲尔兄弟看到碎纸片在火焰上飞舞，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。但是热气球的推广长期受制于气囊空气加温难题，直至1956年4月15日，美国人詹姆斯·孔托使用新型丙燃烧器成功飞行了26分钟，解决了这一难题。随后，热气球开始采用轻量、强度大的美国军用降落伞尼龙布作为球囊材料，开口处使用耐火材料制成。1960年10月21日，第一个现代材料的热气球在美国飞行成功。1966年，欧洲也出现了第一个现代热气球，之后这项活动迅速得到了推广。1983年，中国第一个热气球飞行员刘连成作为主飞完成了新中国成立以来第一次热气球自由飞行。1999年3月21日，瑞上探险家伯特朗·皮卡尔和布里敦·布赖恩·琼斯创造了人类首次乘热气球不间断环球飞行的壮举。截至2015年，全世界有20000多个的热气球在飞行，中国有100多个热气球。

热气球的结构主要包括球体、燃烧器、管路、吊篮、液化气瓶（特制）、鼓风机、提袋、辅助设备等。国际航空联合会（FAI）下属的气球理事会（CIA）根据填充的气体不同，把热气球分成AA型、AX型、AM型、AS型四类。

热气球的升空实现了人们对自由飞翔的憧憬，热气球具备体育、娱乐、探险、旅游和广告发布等多种功能。根据国际航联的统计，热气球在所有飞行器中具有最高的安全系数，因此被认为是一项安全可靠的运动项目。

历史沿革

历史溯源

热气球是人类历史上最早的航空器，比飞机的发明早了100多年。世界公认的最古老的“热气球”是中国的孔明灯，它已经有至少1000的历史了。关于热气球浮空的思想最早见于西汉淮南王刘安的门客所撰的《淮南万毕术》，上面有“艾火令鸡子飞”的记载。后人注道：“取鸡子去其汁，燃艾火内空卵中，疾风因举之飞。”苏轼编的《物类相感志》里也有：“鸡子开小窍，去黄白，入露水，又以油纸糊了。日中晒之，可以自升，离地三四尺。”

关于孔明灯的历史记载很少，其发明的年代难以考证。据说在五代十国时，莘七娘随夫出征入闽，作战中曾用孔明灯作为军事上的信号。这种灯用竹和纸做成方形灯笼，底盘上燃以松脂油，热气充满灯中，灯就可以扶摇直上，所以这种灯又叫松脂灯。

载人热气球的发明

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。十八世纪，法国造纸商蒙戈菲尔兄弟以碎纸屑在火炉中不断升起的启发，开始了对纸袋聚热气的实验。1783年6月4日，他们在里昂安诺内广场进行了一场公开表演，展示了一个直径达110英尺的模拟气球升起，并在空中飘行了1.5英里。同年9月19日，在巴黎凡尔赛宫前，蒙戈菲尔兄弟为国王、王后、宫廷大臣及13万巴黎市民进行了热气球的升空表演。同年11月21日下午，他们在巴黎穆埃特堡进行了世界上第一次载人空中航行，热气球飞行了二十五分钟，在飞越半个巴黎之后降落在意大利广场附近。这次飞行比莱特兄弟的飞机飞行整整早了120年。

后续发展

1783年，法国物理学家雅克·夏尔和罗齐尔使用装有氢气的载人热气球进行测试，证明热气球飞行稳定，在军事领域里对侦察敌军方位、行动等信息具有重要用途，引起法国军界高度重视。1792年，法兰西第一共和国与反法同盟之间爆发法国大革命战争，救国委员会决定于4月成立热气球部队，并任命库泰勒为指挥官。该部队由26名技工、一名上尉、一名中尉、两名下士和四名军官组成，负责引导、移动及操纵热气球的工作。经过论证和演示，桑布尔·马斯军团的儒尔当将军接受了让热气球参战的建议。在1794年6月的弗勒侣斯战役中，儒尔当第一次使用“勇敢者”号热气球在高空中监控敌军动向。“勇敢者”号热气球直径约9米，靠20多名士兵拖动漂浮，它在长达9小时的战斗中提供了宝贵情报，为战胜反法联军起到至关重要的作用。这次战役的胜利，奠定了热气球部队在法军中的地位。1794年10月，法国成立国家热气球学校培养专门人才，多个热气球随之建造完毕，最大直径达10米。法国热气球部队迎来巅峰时代。然而，在1796年9月的维尔茨堡战役中，整个法国热气球部队被反法同盟俘虏。“无畏者”号也被扣押，这次战败后，新任法军指挥对热气球部队失去信任，以热气球需要特殊炉子生产氢气、行动迟缓为由拒绝热气球部队参战。1799年拿破仑·波拿巴从前线返回巴黎后，于1月28日正式解散热气球部队，显赫一时的法军独立热气球部队就此终结。

由于球囊材料和燃料等方面的原因，热气球在被发明后的170多年间都难以推广应用。直到1956年4月15日，气囊空气加温的难题才最终解决。那天，美国人詹姆斯·孔托使用装备了新型丙烷燃烧器的热气球，成功飞行了26分钟。其后，热气球球囊材料使用了质量轻、强度大的美国军用降落伞尼龙布。新的燃料和球体材料为热气球的发展带来了光明的前景。1960年10月21日，第一个现代材料的热气球（被称为现代热气球）在美国飞行成功，现代热气球的出现对热气球的应用和普及产生了极大的推动作用。1966年，欧洲也出现了第一个现代热气球。之后，这项活动很快得到推广普及。热气球作为一个体育项目正日趋普及，它曾创造了上升34668米高度的记录。1978年8月11日至17日，"双鹰Ⅲ号"飞越了大西洋，1981年"双鹰Ⅴ号"又成功跨越太平洋。1999年3月21日，瑞上探险家伯特朗·皮卡尔和伙伴布里敦·布赖恩·琼斯创造了人类首次乘热气球不间断环球飞行的壮举。他们共飞行19天21小时55分，通过30个国家的上空。截至2015年，全世界有20000多个热气球在飞行，在欧美等发达国家，热气球是一项热门的运动，几乎每天都有热气球比赛或活动。

2010年4月，法国探险家让·路易.艾蒂安(Jean-Louis Etienne)孤身一人乘坐一个混合氦气的热气球从挪威斯瓦尔巴(Svalbard)群岛的朗伊尔城出发，成为全球首位单独乘坐气球飞越北极上空的探险家。

在中国的发展

1983年，中国第一个热气球飞行员刘连成在美国教练员的指导下，初步掌握了热气球的飞行技术，并作为主飞完成了新中国成立以来第一次热气球自由飞行。1985年，中国开始生产自己的热气球；1986年，中国举办了第一个热气球训练班。中国的热气球运动自此开始。

1996年，刘连成的儿子刘翔取得热气球飞行执照，并六次摘取全国热气球锦标赛冠军。同样，刘翔的儿子刘忠羽也继承了父亲的道路，2018年全国热气球锦标赛上，20岁的刘忠羽取得了冠军。截至2015年，中国已有100多个热气球，成功地举办了第一届、第二届北京国际热气球邀请赛、泰山国际热气球邀请赛等大型比赛活动、99'全国热气球锦标赛。

2018年9月24日，中国第一届热气球邀请赛开幕式在北京人民广场隆重举行。这次比赛，组委会借鉴世界热气球锦标赛规定，制定了中国热气球比赛的第一个技术计划和比赛规则，并且诞生了中国热气球运动的第一个比赛纪录。襄樊宏伟厂队囊括总分、猎狐、投标三个第一名。

工作原理

现代热气球通过燃烧丙烷来加热空气。丙烷是一种常用于室外烧烤的燃料，它被压缩液化后储存在轻型气瓶内，气瓶放置于气球吊篮中。气球的进气管连接在气瓶底部，以便从气瓶中抽出液体丙烷。由于浮力会使空气上升，热空气不会从气囊底部的开孔中逸出。如果驾驶员持续点燃喷射的丙烷燃料，气球将持续上升，但存在一定的高度限制。这是因为空气最终会变得过于稀薄，导致浮力不足以继续抬升气球。浮力等于气球所排开的空气的重量，因此通常情况下，大型气囊的上升高度限制要高于小型气囊。

热气球的工作原理在于热空气会上升到冷空气上方。这是因为热空气比冷空气轻，单位体积的热空气质量更小。例如，1立方分米的空气大约重1克，如果被加热到37.8摄氏度，同样体积的空气重量将减少约0.25克。因此，每立方分米的热气球可以升起0.25克的物体。但这并不够。这也解释了为什么热气球看起来如此巨大：要升起454公斤的物体，需要约1840立方米的热空气。为了保持气球上升，需要不断地加热空气。热气球通过位于气囊开口下方的燃烧器来实现这一点。当气球中的空气冷却时，驾驶员可以通过点燃燃烧器来重新加热空气。

热气球的唯一飞行动力来自于风。对于进行环球飞行的热气球来说，必须选择速度和方向合适的高空气流，并随之运动，才能有效地完成飞行。类似于环球旅行中需要不断更换飞机一样，热气球需要不同的气流来“换流”，而飞行员的主要任务就是调整高度。通常，热气球的飞行高度要达到十几千米。

基本结构

热气球的结构主要包括球体、燃烧器、管路、吊篮、液化气瓶（特制）、鼓风机、提袋、辅助设备等。热气球球皮是由强化尼龙制成，有的热气球是由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。尽管它的质量很轻，但却极结实，球囊不透气。标准的热气球的体积分为几个级别：七级球体积为2000-2400立方米；八级球体积为2400-3000立方米；九级球体积为3000-4000立方米；十级球体积为4000-6000立方米；异型球，截至2015年，中国唯一一只熊猫热气球，球体积为2300立方米。

被环球飞行家们广泛使用的热气球通常采用两层气囊结构。内层气囊填充了氦气，而外层气囊则填充空气，并且在其下方设置了燃烧器。在整个飞行过程中，内层气囊提供持续的浮力支持。白天，飞行员可以利用太阳光来加热外层气囊中的空气，以产生额外的浮力；而在晚上，则可以通过打开燃烧器来加热空气。这种设计可以节省燃料，非常适合于长距离飞行。

吊篮

热气球的吊篮由藤条编织而成（中国大多数采用东南亚进口的材料），着陆时能起到缓和冲击的作用。吊篮四角放置4个热气球专用液化石油气瓶，置计量器，吊篮内还装有温度表、高度表、升降表等飞行仪表。

仪器

高度计：高度指示计；升降速度表：显示上升和下降速度；温度计：指示球囊内的空气温度。

燃烧器

燃烧器是热气球的心脏，用比一般家庭煤气炉大150倍的能量燃烧压缩气，点火燃烧器是主燃烧器的火种。一直保持火种，即使被风吹，也不会熄灭。另外，热气球上有两个燃烧系统以防备空中出现的故障。

燃料

热气球通常用的燃料是丙烷或液化石油气，气瓶固定在吊篮内。一只热气球能载运20千克的液体燃料。当火点燃时，火焰有2-3 米高，并发出巨大的响声。

辅助设备

全球定位系统

全球定位系统能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。不受天气的影响。

热气球飞行帽

由于个子较高飞行员头部距离燃烧器较近，飞行过程中吊篮内燃烧器持续加火，可能造成头顶部感觉较热。为保护头发通常飞行员会带一顶帽子用以隔绝温度，选择有帽檐帽子更可避免热气球加火升起瞬间由球囊内滑落尘土对眼睛的伤害。

飞行通讯无线电对讲机

热气球飞行过程中，飞行员与地面回收接应车辆应随时保持通讯联系及时报告沟通。热气球上升、下降、飞行高度、飞行轨迹、飞行前进方向以及所在方位，都应随时报告给地面回收人员，以便配合做好回收接应工作。有时飞行员在空中还可以准确的为地勤车指引道路，避免错路、断路影响车辆行进，造成器材接应回收延误。无线电对讲机在地、空沟通通讯保障工作中起到了重要作用。因此，是飞行过程中必不可少的辅助设备。

罗盘指南针

热气球起飞前通常飞行员会释放几只小氦气球，利用指南针瞄准气球，随着气球不断上升，仔细观察气球飞行的轨迹记录不同高度风层飞行行进角度，估算空中飞行调整角度从而选择更有优势的热气球起飞场，以求更好的完成飞行任务。

分类

热气球一般分为“系留热气球”与“自由飞热气球”。“系留热气球”指的是有缆绳拴在地面固定物上并可控制飘浮高度的热气球；“自由飞热气球”即热气球脱离缆绳的束缚，可以在空中随风而动、自由前行。

国际航空联合会（FAI）下属的气球理事会（CIA）根据填充的气体不同，把热气球分成四类：

AA型：填充比空气轻的气体如氢气或氦气，气囊不密闭，没有加热装置。

AX型：气囊中填充空气，通过装置对空气加热，使之变轻获得升力，又被称为热气球。

AM型：既填充“轻气”（如氢气或氦气），又具有加热装置的气球，又被称为罗泽（Rozier）气球。

AS型：填充“轻气”（如氢气或氦气），气囊密闭，由于高度可通过充气量控制，用于科学研究。

飞行过程

起飞

飘飞热气球需要一组人共同努力，因为热气球在地面上的工作是非常繁琐的，使一个热气球起飞至少需要四个人。第一步是在地上把球囊铺展开；然后将它与放在一边的吊篮连接在一起，用一个小的鼓风机，将风吹入球囊；将火点然加热在气球球囊内的空气，热空气使气球升到垂直于吊篮的位置，气球立起来就可以起飞了。

驾驶

热气球并非真的被“驾驶”，它是随风而行。但是，由于风在不同的高度有不同的方向和速度，驾驶员可以根据飞行需要的方向选择适当的高度。

速度

热气球飘飞速度的快与慢，是由风速的快慢决定的，因为热气球本身并没有动力系统，飞行速度完全取决于风速。热气球最大下降速度6米/秒，最大上升速度5米/秒。

最佳飞行时间

一天中太阳刚刚升起时或太阳下山前一、二个小时，是热气球飞行的最佳时间，因为此时通常风很平静，气流也很稳定。

飞行持续时间

一只热气球通常携带足够的石油液化气或丙烷能持续飞行两个小时，但一些因素也影响飞行的执续时间，例如：气温、风速、吊篮重量（包括乘客）和在当天飞行的具体时间。

复原

热气球恢复原状需要地勤人员的帮助，地勤人员驾驶卡车或小货车跟随飘飞的气球，预先到达降落点。一只热气球飘飞需要3到4个地勤人员和地面无线电设备的服务，以确保飞行的安全、成功。

飞行须知

时间

一天中太阳刚刚升起时或太阳下山前一两个小时，是热气球飞行的最佳时间，因为此时的风通常很平静，气流也很稳定。

地点

需30米×30米的平整场地，周围无电线及高大建筑。新学员建议在每秒4米的气候条件下飞行，飞行中注意，飞过高压线、高大建筑、牲畜养殖场、村庄时保持安全高度。

装备

最好穿连身纯棉飞行服，乘客也建议穿纯棉衣物，戴纯棉帽子，一旦失火不会粘在身上。

起飞

飞热气球需要团队共同努力，因为热气球在地面上的工作是非常繁琐的，使一个热气球起飞至少需要四个人。先是将球囊在地上铺展开，然后将它与放在一边的吊篮连接在一起，用一个小的鼓风机，将风吹入球囊，使气球一点点地膨胀，当完全展开后，开始点火。将火点燃加热气球球囊内的空气，热空气使气球升到垂直于吊篮的位置，再加几把大火，气球就可以起飞了。

升降

热气球的动力就是燃烧器，没有方向舵，它的运动方向必须是随风而行。不同高度、不同时间、不同地点，风向都是不一样的，想调整方向就需寻找不同的风层热气球的升和降与球体内气温有关，球体内气温高，气球重力减小，小于浮力时，气球就上升，球体内空气温度下降，球体产生的浮力小于球体自身重量和载重，气球就开始下降。

安全

如果飞行中氦气出现泄漏，"罗泽"将变成一个传统的热气球，完全靠加热保持高度；如果泄漏加大，不能保持高度，气球将会起到降落伞的作用，把下降速度控制在每秒5米之内；如果状况继续恶化，飞行者还有足够的时间跳伞；以后就是救援人员的事了。在最近两次环球飞行中（98年12月、99年3月），从太平洋里救出"ICO环球"和"有线与无线"人员的分别是美国海岸警卫队和日本国民自卫队。

气候

影响热气球环球飞行的最大因素就是气候。每年的12月和1月，北半球高空流的流速达到一年中的峰值，最快可达每小时400公里，所以飞行者们通常选择冬季作环球尝试。大风、大雾都不利于热气球的飞行。

风速

系留飞行环境风速不能大于4m/s，自由飞行风速不能大于6m/s。因此，任何一次飞行都要做好较准确的气象观察，如果在出现气候因素不稳定的情况下，建议不要飞行。按照规定，风速小于每米6米，能见度大于1.5公里，而且飞行空域内无降水，才可以自由飞。

穿着

乘坐热气球的人，尽量穿棉质面料的服装和运动鞋，不宜穿裙装、高跟鞋、凉鞋等，做好防寒措施。此外，为防止灼伤，最好身着长衣长裤，佩戴棉质帽子。

健康

恐高症、高血压、心脏病患者不能搭乘热气球。

资质

要进行一场热气球活动，需要办理的资质许可很多：俱乐部需要拥有带有中国民用航空局颁发的《国籍登记证》和《标准适航证》的热气球，飞行员也要有《民用航空器驾驶员执照》（以下简称“飞行执照”）；同时俱乐部要拥有《通用航空经营许可证》，要向体育总局申请航空飞行营地，注册为会员，俱乐部的开办需要经过工商登记注册；飞行前向空管部门申请临时空域，如果要进行自由飞空中游览，则还需要《运行合格证》。

应用领域

军事运用

1783年，蒙哥尔费(Montqolfier)热气球在临近巴黎的地面升空。之后，热气球被用于军事，开始出现用气球进行空中侦察、轰炸、运输的军事飞行。

游览观光

热气球项目已经逐渐成为热门的旅游项目之一。在加拿大、澳洲、非洲、埃及等地，热气球旅游盛行，在中国，在沙漠、草原等适合开展热气球旅游的地方，热气球旅游项目兴起。世界许多城市都定期举办热气球节借此推动旅游等相关产业，带动当地经济的发展。日本的佐贺市便是成功的典例，每参加贺热气球节的热气球队超过百支，现场观看人数上百万。

体育比赛

热气球运动在发达国家发展很快，世界各地的热气球已超过20000个，几乎每天都有比赛和活动。热气球运动符合现代人求新、求变、求刺激的摩登时尚，渐已成为继攀岩、蹦极、滑翔之后的又一休闲娱乐的热点。1905年，国际航空联合会（FAI）成立，旨在组织和主持大型气球国际比赛和世界锦标赛，并制定、修改竞赛规则，以及认可世界纪录。FAI将气球划分为热气球、氨气球和混合气球，而热气球根据其充气量的大小被分为10类。1973年，第1届世界热气球锦标赛在美国举办，此后每两年举办一届。为了推动轻于空气的航空器运动项目，1988年10月，中国航空运动协会成立了气球委员会，负责管理载人轻于空气的航空器运动项目，包括热气球、氨气球、混合气球、热气飞艇和氨气飞艇。

商业活动

热气球以其巨大的体积、绚丽多彩的外观和引人注目的比赛场面，被广泛视为一种具有独特广告效应的传播工具。许多跨国公司，如可口可乐、摩托罗拉、伊士曼柯达公司、骆驼香烟等，都组建了自己的热气球队，参加各类比赛和活动，以此宣传企业产品和扩大企业影响力。

飞行记录

1782年：约瑟夫和蒙特高菲尔在法国进行了首次热气球飞行试验，他们用纸张作为气囊，气球飞行高度达33米，时间为10分钟，距离为3.5公里，乘客是一只羊和一只鸭子。当时的燃料是旧皮靴和动物的肉，因此人们认为使气球飞起来的是恶臭的味道。

1783年：罗泽在法国完成了首次热气球载人飞行。

1785年：法国人布兰卡德和美国人杰弗里斯成功地飞越英吉利海峡；同年，罗泽在飞越英吉利海峡时遇难。

1944年：日军向美国放飞了9000枚气球炸弹，其中有285枚落在美国、加拿大和墨西哥沿岸，最远的飞到了阿拉斯加州。而早在第一次世界大战期间，气球炸弹已经出现。

1961年：阿兰·普罗斯特和普莱瑟创造了热气球升空高度的世界纪录：34668米。

1978年：三名热气球飞行家由美国成功飞到法国，人类首次乘热气球飞越大西洋。

1981年：四名热气球飞行家由日本成功飞到美国，人类首次乘热气球飞越太平洋。

1981年1月11日：美国人安德森驾驶"维尼"号从埃及出发，做人类历史上首次热气球环球飞行尝试，48小时后降落在印度，共飞行了4306公里。截至2015年，人类已向热气球环球飞行目标发起18次冲击。

1999年3月21日：瑞士人皮卡德和英国人布莱恩·琼斯驾驶"飞船三号"从瑞士出发最后降落在撒哈拉沙漠上，他们成了一项新纪录的创造者——首次不间断地乘热气球完成环球旅行，航程42810公里，时间19天21小时55分。

价值意义

热气球的升空实现了人们对自由飞翔的憧憬，成为一种受人欢迎的体育活动。作为一种国外流行的体育方式，热气球运动在中国也逐渐兴起，具备多重功能，包括体育、娱乐、探险、旅游和广告发布等。其绚丽多彩的外观具有极强的视觉冲击力，在空中飘飞时能够吸引人们的注意力，留下深刻印象，因此具有一定的商业广告价值。此外，热气球运动适合各个年龄段的人参与，根据国际航联的统计，热气球在所有飞行器中具有最高的安全系数，因此被认为是一项安全可靠的运动项目。