Первым вокруг земного шара облетел Стив Фоссен
Это не так. Впервые кругосветный перелет (правда, с тремя приземлениями) был совершен в 1929 году на дирижабле «Граф Цепеллин», построенном в Германии. За 21 день летательный аппарат преодолел расстояние в 35 тыс. км со скоростью около 177 км/ч. Позднее предпринимались неоднократные попытки совершить беспосадочный перелет вокруг Земли. В январе 1981 года (на аэростате «Жюль Верн» Макс Лероу Андерсен и Дон Ида преодолели расстояние в 4302 км), 1993 (совершенно неудачная попытка — аэростат «Virgin-Earthwinds» так и не поднялся в воздух) и 1997 году (Стив Фоссетт вынужден был прервать полет из-за проблем с пересечением воздушного пространства Ливии). Наконец 20 марта 1999 года англичанин Брайан Джонс и швейцарец Бертран Пикар на аэростате «Breitling Orbiter 3» совершили первое кругосветное путешествие, за 19 дней 21 час и 55 минут преодолев расстояние в 40814 км. Стив Фоссетт совершил беспосадочный перелет несколько позже — 3 июля 2002 года на аэростате «Bud Light Spirit of Freedom» он пролетел 34 242 км, потратив на это 13 дней 8 часов 33 минуты.
Воздухоплавание
На законе Архимеда основано воздухоплавание: полет дирижаблей, аэростатов, шаров-зондов. Их полет напоминает плавание подводной лодки под водой.
Если сила тяжести \(~m \vec g\) летательного аппарата (рис. 2) вместе с силой тяжести газа, заполняющего оболочку, меньше веса воздуха в объеме, вытесняемом аппаратом, то шар поднимается вверх; если они равны, то шар неподвижно висит в воздухе; если сила тяжести \(~m \vec g\) больше веса воздуха, шар опускается.
Рис. 2
Условие плавания воздушного шара FA > mg может быть выполнено, если плотность газа, наполняющего шар, меньше плотности воздуха. Для этого используется водород, гелий или нагретый воздух.
Разность между весом воздуха в объеме оболочки аппарата и весом легкого газа, заполняющего эту оболочку, называют подъемной силой летательного аппарата (аэростата).
Хотя закон Архимеда для газов объясняет полет воздушного шара, но выталкивающая сила возникает здесь не так, как в случае твердого тела. Нижнюю часть оболочки (рис. 3) оставляют открытой; давление газа (например, водорода) у нижнего отверстия равно давлению воздуха. Давление водорода и давление воздуха уменьшаются при поднятии вверх. Значит, давление как воздуха, так и водорода на разных участках шара будет меньше, чем у нижнего отверстия, но давление легкого водорода убывает медленнее, чем воздуха.
Рис. 3
Поэтому на оболочку внутри будет действовать большее давление, причем самая значительная разница давлений водорода и воздуха получится в верхней части оболочки. Следовательно, сила, действующая на купол оболочки изнутри, будет больше, чем снаружи. Разность между этими силами и уравновешивает силу тяжести оболочки с грузом.
Таким образом, выталкивающая сила создается не благодаря разности давлений на нижнюю и верхнюю части тела (как в случае твердого тела), а благодаря разности давлений изнутри и снаружи на верхнюю часть оболочки.
В начале полета шар наполнен водородом настолько, что выталкивающая сила превосходит его силу тяжести, и он поднимается вверх. Когда шар достигает слоев воздуха с меньшим давлением, водород расширяется и часть его выходит из нижнего отверстия. Таким образом, на высоте уменьшается и наружное, и внутреннее давление, уменьшается и равнодействующая этих сил давления, т.е. выталкивающая сила. На некоторой высоте она станет равна весу шара с находящимся в нем газом, и шар повиснет. Для того чтобы опуститься на землю, следует выпустить из оболочки часть газа. Для этого в верхней части баллона имеется клапан, который можно открыть при помощи веревки из корзинки шара. При открывании клапана газ, имеющий большее давление, чем окружающий воздух, выходит наружу. Через нижнее отверстие это невозможно, так как здесь давление водорода и воздуха одинаково.
В спортивном воздухоплавании проводятся состязания, на которых пилоты воздушных шаров должны выполнить задания различного рода
Спортивное воздухоплавание развивается в двух направлениях. Первое действительно предусматривает выполнение тех или иных заданий (пролететь дистанцию за минимальное количество времени, подняться на максимально возможную высоту, пройти над определенной целью (для подтверждения которого аэронавты сбрасывают на землю маркер — ленту с привязанным к ней мешочком, наполненным песком) и т.д.) или трюков (например, пересадка из одного шара в другой, происходящая во время полета) либо же участие в состязаниях, отдаленно напоминающих различные игры. Второе направление спортивного воздухоплавания заключается в создании воздушных шаров необычной формы (в виде овощей, фруктов, животных, бытовых предметов и т.д.). Предусмотрен приз за самый маленький и большой, самый необычный и самый уродливый шар.
Для наименования воздушных шаров существует немало терминов
Да, это так. Первый воздушный шар (тепловой) был назван монгольфьером — в честь изобретателей данной конструкции братьев Монгольфье. В то же время существовали шарльеры — летательные аппараты (газовые), созданные французом Жаком Шарлем. Комбинированные конструкции, изобретенные Жаном Франсуа Пилатром-де-Розье, именовались розьерами. Существовал также термин «аэростат», применявшийся для называния любых типов воздушных шаров. В 1784 году Пьер Бланшар оснастил аэростат воздушным винтом — управляемые конструкции такого рода получили наименование дирижаблей (от фр. dirigeable — управляемый). В 1900 году дирижабли жесткой конструкции были названы цепеллинами — в честь графа Ф. Цепеллина. В наши дни появился еще один вид воздушных шаров, применяющихся для полетов в стратосфере и именуемых стратостатами.
Модернизировали монгольфьеры в связи с тем, что спортивные и развлекательные полеты на воздушных шарах обретали все большую популярность
Нет, усовершенствования данного летательного аппарата началось по другой причине — в 1962 году авиационное ведомство США изыскивало возможность обеспечить безопасность пилотов, потерпевших аварию над морем или океаном. Было предложено сконструировать «надуваемый парашют», который мог бы некоторое время удерживать человека в воздухе — это изобретение могло облегчить работу команде спасателей и обезопасило бы самого пилота. Однако применение созданной конструкции на сверхзвуковых летательных аппаратах было невозможно. А вот спортсмены воспользовались обновленным монгольфьером, снабженным пропановыми резервуарами, с удовольствием.
Тепловые шары надуваются подогретым воздухом, для наполнения газовых используют водород
Это не совсем так. Для наполнения тепловых шаров используют не только теплый воздух, но и смесь пропана и бутана, а для поднятия в воздух газовых шаров все чаще используют гелий. Дело в том, что водород легко воспламеняется, а соединяясь с воздухом образует взрывчатую смесь, потому даже небольшое повреждение оболочки шара может таить опасность для жизни и здоровья аэронавтов. Гелий же не горюч, а его подъемная сила не намного меньше, чем у водорода, потому он является полноценной и безопасной заменой водороду (исключение — стратостаты, которые должны подниматься на высоту более 1000 м — их заправляют только водородом).
