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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Balão. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Um balão (simplificado e não muito preciso - um balão) é uma aeronave mais leve que o ar, que utiliza para voar a força de sustentação do gás (ou ar aquecido) encerrado no invólucro com uma densidade menor que a densidade do ar circundante (de acordo com à lei de Arquimedes). Não se sabe exatamente quando e onde o primeiro balão de ar quente foi levantado. Uma descoberta sensacional foi feita em 1973: no antigo país dos Incas, no território do Peru moderno, uma imagem de um balão com uma concha na forma de um tetraedro com uma gôndola dupla suspensa por baixo - um ônibus foi encontrado em pinturas rupestres. Além disso, foram mostradas as etapas de preparação do balão de ar quente para voo, realização de fogo, enchimento da concha com ar quente e realização de voo. Até as dimensões comparativas da casca foram indicadas. Um balão feito de acordo com esse esquema por nossos contemporâneos foi levantado no ar, acabou sendo bastante viável, ganhando uma altura de cem metros em um minuto. No século XIV, o monge Albert da Saxônia escreveu que a fumaça de um incêndio é muito mais leve que o ar e, devido à expansão do ar sob a influência do fogo, sobe nele. No século XNUMX, o cientista inglês Scaliger propôs fazer uma concha do ouro mais fino e preenchê-la com ar quente. Cem anos depois, apareceu o romance "Outra Luz, ou Estados e Impérios da Lua", de Cyrano de Bergerac, no qual, juntamente com vários projetos interessantes de aeronaves para viagens aéreas, é descrito um dispositivo semelhante a um balão de ar quente. O herói do romance, com a ajuda de duas conchas herméticas e cheias de fumaça, voa quase até a própria Lua, onde solta fumaça e, usando as conchas como pára-quedas, desce calmamente à sua superfície. Na primeira metade do século XNUMX, de acordo com a crônica, o funcionário de Ryazan Kryakutny fez uma grande bola, "derramou com fumaça suja e fedorenta, fez um laço com ela, sentou-se nela e o espírito maligno a levantou mais alto do que uma bétula." E, no entanto, costuma-se começar a contar a partir de 5 de junho de 1783, quando na cidade francesa de Annon, os irmãos Etienne e Joseph Montgolfier ergueram no ar uma bola de seda de 600 metros cúbicos. A casca da bola foi coberta com papel por dentro e em seu orifício inferior foi fixada uma treliça de trepadeiras, que foi instalada nos andaimes. Um fogo foi feito sob o palco, e o ar quente com fumaça elevou a bola a uma altura de dois quilômetros. É por isso que surgiu o nome balão de ar quente, em contraste com o charlier, em homenagem ao professor Charles, que lançou um balão cheio de hidrogênio em 27 de agosto de 1783.
O primeiro voo humano ocorreu em 21 de novembro de 1783. Um enorme balão de 21 metros de altura com dois aventureiros a bordo levantou suavemente do chão. Ambos os aeronautas diligentemente mantiveram o fogo na cesta. O voo durou 45 minutos e terminou com uma descida suave fora da cidade a uma distância de nove quilômetros do local de lançamento. A propósito, é interessante notar que Joseph Montgolfier só subiu uma vez em uma bola de seu projeto, e seu irmão Etienne nunca!
Dez dias após a ascensão das primeiras pessoas no balão de ar quente, o professor Charles encheu a concha de oito metros de diâmetro com hidrogênio e, junto com seu assistente Robert, entrou na gôndola suspensa sob a bola. O voo durou 2 horas e 5 minutos e passou a uma altitude de cerca de 400 metros. Após o pouso, Charles decidiu continuar o voo sozinho. Tendo pousado Robert, ele subiu a uma altura de 2 quilômetros e meia hora depois, liberando um pouco do hidrogênio, fez um pouso suave. Mas... deixando a gôndola, Charles jurou "nunca mais se expor aos perigos de tal viagem". Até o último dia de sua vida, Charles disputou com Montgolfier a glória da invenção do balão – afinal, o balão com ar aquecido foi inventado muito antes de Montgolfier. Charles inventou uma rede de cordas que circunda a bola e transfere cargas de peso para ela, inventou uma válvula, uma âncora de ar e foi o primeiro a usar areia como lastro, projetou um barômetro para medir a altura. Comparado ao balão de ar quente, o Charlier tinha um design mais avançado. Mas os charliers também tinham uma grande desvantagem - para enchê-los, é necessário ter um suprimento de gás mais leve que o ar (hidrogênio ou hélio) no local de lançamento, em um contêiner de material intensivo, e após o término do voo, este gás deve ser lançado na atmosfera. Isso aumentou o custo de operação de balões cheios de hidrogênio ou hélio. Os balões de ar quente e os charliers tinham um longo caminho pela frente até os nossos dias, nada de particularmente notável, marcado por altos e baixos de curto prazo até a segunda metade do século XX. O surgimento de novos materiais resistentes ao calor para invólucros, queimadores eficientes deram uma segunda vida a eles.
Logo após o segundo nascimento dos balões, surgiram os desenhos combinados, combinando as vantagens dos dois tradicionais. A casca foi dividida em duas partes. O superior é preenchido com hélio leve e incombustível, e o inferior é preenchido com ar quente. Ao aquecê-lo durante o voo com propano, etano ou querosene, queimados em queimadores especiais, os aeronautas regulam a altitude de voo. Esse tipo de balão às vezes é chamado de rosiers - em homenagem a um dos primeiros balonistas, Jean-François Pilatre de Rozier, que morreu em 1785 quando seu balão, cheio de uma mistura de ar quente e hidrogênio, pegou fogo em voo. A escolha do combustível para aquecimento do ar no casco é um fator determinante no desempenho de voo dos balões de ar quente. Afinal, quanto maior o poder calorífico de um quilo de combustível, menos combustível você precisa levar em um voo, melhores serão as características de desempenho de um balão de ar quente: ele poderá permanecer no ar por mais tempo, voar uma distância maior ou subir a uma altura maior. Nossos predecessores usaram primeiro tudo o que podia queimar para aquecer o ar - galhos de árvores, palha, carvão, etc. Mais tarde, eles mudaram para óleo, gases combustíveis, carvão. Foi escolhido o combustível que pudesse aquecer o ar de forma rápida e eficiente no balão de ar quente, ser barato e acessível. Como resultado, decidimos por uma mistura de propano e butano em proporções iguais. É verdade que é um pouco pior que o propano puro, pois tem menos volatilidade e os queimadores precisam ser equipados com dispositivos adicionais para aumentar a volatilidade. "Apesar disso", Y.S. Boyko escreve em seu livro, "a grande maioria dos balões de ar quente modernos funciona com propano-butano. É difundido na vida cotidiana, barato, e a tecnologia para seu armazenamento e transporte é bem desenvolvida. É fácil de inflamar e extinguir, uma pequena quantidade de produtos de combustão sólidos e não-toxicidade. Os queimadores também mudaram além do reconhecimento. Agora, esses são dispositivos saturados de mecanismos de regulação e controle que mantêm automaticamente a temperatura necessária do ar quente no invólucro. Os cilindros de gás são geralmente feitos de ligas de alumínio. O propano líquido neles está sob uma pressão de 10 a 20 atmosferas, e acima do propano líquido está o propano gasoso que entra no pavio, que queima desde o início do voo até o final. O poder de queima do pavio é ajustado pelo regulador. O objetivo do pavio é acender o queimador principal durante o voo. Depois de aquecer até a temperatura necessária do ar no reservatório, o queimador principal é desligado para economizar gás. Quando o piloto percebe no variômetro o início da descida do balão de ar quente, que é causada pelo resfriamento do ar no casco, o queimador principal é religado, o ar é aquecido e o balão de ar quente sobe. A potência do queimador dos balões de ar quente modernos é de 1,8-4,6 MW. No entanto, o ar no envelope pode ser aquecido, não apenas pela queima de qualquer combustível a bordo do balão. Há outra fonte de calor - o sol. E se a casca for pintada de preto, acumulará energia solar. De acordo com esse princípio, em 1973, nos Estados Unidos, foi construído o balão de ar quente Solar Firefly, que voava usando apenas a energia da luz solar. Na França, vários balões de ar quente foram desenvolvidos usando radiação infravermelha do sol. Eles têm o nome MIR. Sua principal diferença é que o ar na concha é aquecido não apenas pela radiação atmosférica na faixa do infravermelho, mas também pela terra. O shell MIR é dividido em duas partes. A parte superior praticamente não emite radiação infravermelha devido ao revestimento especial da superfície externa da concha, por exemplo, mylar aluminizado, de modo que o calor se acumula sob ela. A parte inferior é feita de filme de polietileno transparente com um furo na parte inferior. Quando tal aeróstato voa sobre uma área da terra onde o fluxo de calor é direcionado para cima, a casca aquece e uma força de elevação aerostática adicional aparece. Durante o dia, o balão sobe, à noite desce, mas não ao solo, mas a uma certa altura, onde a radiação da terra é suficiente para manter uma temperatura elevada do ar na concha. É claro que a altitude de voo do balão dependerá de muitos fatores: a latitude da área e as estações do ano, a claridade do céu e a hora do dia, etc. Na estratosfera, a elevação aerostática do calor do sol e da terra é sempre positivo, ou seja, o balão pode voar sobre toda a superfície da terra dia e noite. A altitude de voo dia e noite permite alterar a válvula de ar localizada na parte superior do casco e controlada por um pequeno motor alimentado por uma fonte de alimentação a bordo. Quando a válvula está aberta, o ar quente no invólucro é substituído por ar frio que entra pelo orifício inferior, cujo diâmetro é maior que o diâmetro da válvula. Além disso, o volume da casca permanece constante. Vôos de vários dias em balões de ar quente estimularam o espírito competitivo dos aeronautas. Muitos entusiastas da aeronáutica sonhavam em voar ao redor da Terra. No início, foram feitas tentativas de voar sobre qualquer oceano. O Atlântico acabou por ser o mais adequado, cuja parte norte é pontilhada por inúmeras rotas aéreas e marítimas. Isso facilitou o monitoramento do voo e a busca por aventureiros que se aventuraram a voar pelo Atlântico. Em 14 de setembro de 1984, o americano D. Kittinger, de 58 anos, ex-piloto de testes militares, partiu da cidade de Caribou, no Maine, e, graças a um forte vento de cauda, acabou na costa da França em cerca de 70 horas. . A rota de seu voo passou pela Terra Nova, depois ao sul da Groenlândia e antes que a Irlanda virasse bruscamente para o sudeste. Isso dificultou um pouco a escolha de um local de pouso, pois sobre a Europa o aeronauta estava muito ao sul dos locais onde o pouso foi planejado. Voando ao longo dos contrafortes do norte dos Pirineus e da costa mediterrânea da França, ele pousou em uma área arborizada perto da cidade italiana de Savona. A chegada foi difícil, o aeronauta foi arremessado para fora da gôndola de uma altura de três metros, quebrou a perna e foi imediatamente levado ao hospital. Em 1998, Steve Fossett estabeleceu o recorde de voo. Ele foi em um vôo na véspera de Ano Novo, pendurando toda a gôndola com cilindros de propano para aquecer o ar na concha por mais tempo. No entanto, em vôo, problemas aconteceram com ele - o sistema de aquecimento do computador da cabine falhou e ele começou a congelar. Eu tive que descer para as camadas mais quentes da atmosfera. A uma altitude de 914 metros, o balonista cruzou a fronteira russa na região de Anapa. Depois de algum tempo, ele recebeu um sinal sobre uma descida de emergência - o equipamento finalmente falhou e ele foi forçado a pousar perto da fazenda Grechanaya Balka, no território de Krasnodar. O recordista em 1998 foi uma equipe internacional composta pelo suíço Bertrand Picard, o belga Bim Verstraeten e o inglês Andy Elson. Partindo da Europa para os céus sem muito barulho na bola "Bratling Orbiter-2", eles voaram mais de vinte mil quilômetros. Mas, tendo caído em condições climáticas adversas, eles foram forçados a desembarcar na Birmânia. A empolgação cresceu. Em 1999, equipes de diferentes países começaram uma após a outra e na maioria das vezes falharam. A principal luta eclodiu entre os europeus. Os britânicos Andy Elson e Colin Prescott, partindo primeiro da Espanha em 17 de fevereiro de 1999, passaram mais de doze dias no ar, quebrando o recorde mundial de duração e alcance de voo, mas ainda assim foram forçados a pousar - ficaram sem combustível. Seguindo os recordistas, outro balão de ar quente partiu, a partir de 1º de março, na manhã de domingo, da cidade suíça de Chateau d'Eu com o mesmo objetivo - fazer um voo sem escalas ao redor do nosso planeta. Seu comandante era neto do famoso cientista e viajante suíço Auguste Picard - Bertrand. Ele foi impedido de lançar a tempo, ou seja, na véspera de Ano Novo, por dois motivos: mau tempo e a falta de permissão de Pequim para sobrevoar o espaço aéreo chinês. Os compartimentos da Orbiter 3 não foram preenchidos com hélio, mas com propano, então acabou sendo maior e mais pesado que o balão de Elson e Prescott. Sua altura era de 55 metros e pesava 9 toneladas. Mas ele conseguiu grandes suprimentos de combustível, e isso, no final, valeu a pena. "Picard e seu parceiro, o piloto britânico Brian Jones, esperavam voar ao redor da Terra em 16 dias", escreve S. Nikolaev na revista Tekhnika-Youth, "tendo permissão para sobrevoar a parte sul da China como vantagem. No entanto, a expedição estava longe de ser simples "Tivemos que começar com um vento forte de terra, sem esperar bom tempo, porque Picard estava com medo de perder as correntes estratosféricas favoráveis. Imediatamente após o início eles foram levados para a Espanha. No entanto, eles conseguiram endireitar ligeiramente a direção do vôo, passar sobre a Mauritânia em uma corrente de ar favorável, que os enviou para a Índia, China e através do Oceano Pacífico até a Califórnia ... Várias vezes a bola congelou e começou a perder altura rapidamente. Também houve avarias nos sistemas de fornecimento de oxigênio e controle de bola ... Somente quando o balão "Orbiter-3" no décimo oitavo dia passou pelo continente americano e acabou sobre o Atlântico, os balonistas começaram a esperar seriamente por um resultado bem-sucedido de sua expedição. A esperança lhes deu força, que àquela altura já estava se esgotando. Os aeronautas relataram ao posto de controle que um de seus aquecedores estava com defeito e a temperatura a bordo não ultrapassava oito graus Celsius. Ambos têm resfriados graves. Bertrand Piccard, psiquiatra de profissão, foi até obrigado a recorrer à hipnose para recuperar as forças.
Em 21 de março, por volta das dez horas da manhã, aeronautas incrivelmente cansados, tendo voado mais de quarenta mil quilômetros, puderam deixar sua cabine apertada. "A águia pousou", eles transmitiram por rádio para a Suíça, pousando perto da vila de Mut, que fica a 800 quilômetros a sudoeste do Cairo. Assim, o recorde está estabelecido. Com o que os aeronautas modernos devem sonhar agora? Sobre voar sobre os dois pólos? Ou organize corridas de balão ao redor do mundo - quem viajará pelo mundo mais rápido? Provavelmente faz mais sentido ir para o outro lado. Especialistas da NASA construíram um balão gigante em forma de abóbora para pesquisas astronômicas. Seu diâmetro é de cerca de 128 metros e sua altura é de 78. Uma das tentativas na primavera de 2001 terminou em fracasso. A bola afundou devido a um vazamento, chegando a uma altura de 20 quilômetros. Supõe-se que tal gigante flutuará a uma altitude de 35 quilômetros com 1350 quilos de equipamento científico e permanecerá no ar por até cem dias. E durante esse período, na presença de ventos favoráveis, ele voará cinco vezes ao redor do nosso planeta. Neste caso, todo o controle será feito por rádio e usando o piloto automático. Prevê-se o uso de painéis solares para alimentar os sistemas de bordo. Lançar um balão custará pelo menos três vezes menos do que lançar um satélite, e o equipamento de pára-quedas pode ser usado várias vezes. Outro projeto original foi proposto pelos estudantes de design americanos Eric Reuter e David Goodwin: um dirigível de 180 metros flutuaria no céu como um veleiro. A parte inferior de sua estrutura vertical servirá como quilha estabilizadora, enquanto os pontões preenchidos com hélio - o central e os dois laterais - funcionarão como velas. O balão gigante pode ser usado como base científica ou aeronave turística. Autor: Musskiy S.A.
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