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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Ballon. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Un aérostat (simplifié et pas tout à fait précis - un ballon) est un aéronef plus léger que l'air, utilisant pour le vol la force de portance d'un gaz (ou air chauffé) enfermé dans une coque d'une densité inférieure à la densité de l'air ambiant (selon la loi d'Archimède). On ne sait pas exactement quand et où la première montgolfière a été levée. Une découverte sensationnelle a été faite en 1973: dans l'ancien pays des Incas, sur le territoire du Pérou moderne, une image d'un ballon avec une coquille en forme de tétraèdre avec une double gondole suspendue par le bas - une navette a été trouvée sur peintures rupestres. De plus, les étapes de préparation de la montgolfière pour le vol, de faire un feu, de remplir la coque d'air chaud et de faire un vol ont été montrées. Même les dimensions comparatives de la coque étaient indiquées. Un ballon fabriqué selon ce schéma par nos contemporains a été soulevé dans les airs, il s'est avéré tout à fait viable, gagnant une hauteur de cent mètres en une minute. Au XIVe siècle, le moine Albert de Saxe a écrit que la fumée d'un incendie est beaucoup plus légère que l'air et, en raison de l'expansion de l'air sous l'influence du feu, monte en lui. Au XVIe siècle, le scientifique anglais Scaliger proposa de fabriquer une coquille d'or le plus fin et de la remplir d'air chaud. Cent ans plus tard, le roman de Cyrano de Bergerac "Une autre lumière ou les États et empires de la Lune" est apparu, dans lequel, avec un certain nombre de projets intéressants d'avions pour le transport aérien, un dispositif similaire à une montgolfière est décrit . Le héros du roman, à l'aide de deux obus hermétiques remplis de fumée, vole presque jusqu'à la Lune elle-même, où il libère de la fumée et, utilisant les obus comme parachute, descend calmement à sa surface. Dans la première moitié du XVIIIe siècle, selon la chronique, le greffier de Ryazan Kryakutny a fait une grosse boule, "l'a versée avec de la fumée sale et malodorante, en a fait un nœud coulant, s'est assis dedans et l'esprit maléfique l'a soulevée plus haut qu'un bouleau." Et pourtant, il est de coutume de commencer à compter à partir du 5 juin 1783, lorsque dans la ville française d'Annon, les frères Etienne et Joseph Montgolfier ont soulevé une pelote de soie de 600 mètres cubes dans les airs. La coquille de la boule était recouverte de papier de l'intérieur et sur son trou inférieur était fixé un treillis de vignes qui était installé sur les échafaudages. Un feu a été allumé sous la scène et de l'air chaud avec de la fumée a élevé le ballon à une hauteur de deux kilomètres. C'est ainsi qu'est né le nom de montgolfière, par opposition au charlier, du nom du professeur Charles, qui a lancé un ballon rempli d'hydrogène le 27 août 1783.
Le premier vol humain eut lieu le 21 novembre 1783. Un énorme ballon de 21 mètres de haut avec à son bord deux casse-cou décolle doucement du sol. Les deux aéronautes entretenaient assidûment le feu dans la nacelle. Le vol a duré 45 minutes et s'est terminé par une descente en douceur à l'extérieur de la ville à une distance de neuf kilomètres du site de lancement. Au passage, il est intéressant de noter que Joseph Montgolfier n'a monté qu'une seule fois sur un ballon de sa conception, et son frère Etienne jamais !
Dix jours après la montée des premières personnes sur la montgolfière, le professeur Charles remplit d'hydrogène l'obus d'un diamètre de huit mètres et, avec son assistant Robert, pénètre dans la nacelle suspendue sous la montgolfière. Le vol a duré 2 heures 5 minutes et est passé à une altitude d'environ 400 mètres. Après l'atterrissage, Charles a décidé de continuer le vol seul. Après avoir atterri Robert, il est monté à une hauteur de 2 kilomètres et une demi-heure plus tard, libérant une partie de l'hydrogène, a effectué un atterrissage en douceur. Mais ... en quittant la télécabine, Charles a juré "ne plus jamais s'exposer aux dangers d'un tel voyage". Jusqu'au dernier jour de sa vie, Charles a disputé à Montgolfier la gloire de l'invention du ballon - après tout, le ballon à air chauffé a été inventé bien avant Montgolfier. Charles a inventé un filet de corde qui encercle la balle et lui transfère les charges de poids, il a inventé une valve, une ancre pneumatique et a été le premier à utiliser du sable comme lest, a conçu un baromètre pour mesurer la hauteur. Comparé à la montgolfière, le Charlier était d'une conception plus avancée. Mais les charliers avaient aussi un gros inconvénient - pour les remplir, il faut avoir une réserve de gaz plus léger que l'air (hydrogène ou hélium) sur le site de lancement, dans un conteneur gourmand en matériaux, et après la fin du vol, ce gaz doit être rejeté dans l'atmosphère. Cela a augmenté le coût de fonctionnement des ballons remplis d'hydrogène ou d'hélium. Les montgolfières et les charliers avaient un long chemin à parcourir jusqu'à nos jours, rien de particulièrement remarquable, marqué par des soubresauts de courte durée jusqu'à la seconde moitié du XXe siècle. L'apparition de nouveaux matériaux résistants à la chaleur pour les carters, les brûleurs performants leur ont insufflé une seconde vie.
Peu de temps après la deuxième naissance des ballons, des conceptions combinées sont apparues, combinant les avantages des deux modèles traditionnels. La coque était divisée en deux parties. La partie supérieure est remplie d'hélium léger et incombustible, et la partie inférieure est remplie d'air chaud. En le chauffant pendant le vol avec du propane, de l'éthane ou du kérosène, brûlés dans des brûleurs spéciaux, les aéronautes règlent l'altitude de vol. Ce type de ballon est parfois appelé rosiers - en l'honneur de l'un des premiers aérostiers, Jean-François Pilatre de Rozier, décédé en 1785 lorsque son ballon, rempli d'un mélange d'air chaud et d'hydrogène, prit feu en vol. Le choix du carburant pour chauffer l'air dans la coque est un facteur déterminant dans les performances de vol des montgolfières. Après tout, plus le pouvoir calorifique d'un kilogramme de carburant est élevé, moins vous avez besoin de carburant pour un vol, meilleures seront les performances d'une montgolfière : elle pourra rester en l'air plus longtemps, voler une plus grande distance ou s'élever à une plus grande hauteur. Nos prédécesseurs utilisaient initialement tout ce qui pouvait brûler pour chauffer l'air - branches d'arbres, paille, charbon, etc. Plus tard, ils sont passés au pétrole, aux gaz combustibles, au charbon de bois. Le carburant a été choisi pour chauffer rapidement et efficacement l'air dans la montgolfière, être bon marché et abordable. En conséquence, nous avons opté pour un mélange de propane et de butane en proportions égales. Certes, il est un peu pire que le propane pur, car il a moins de volatilité et les brûleurs doivent être équipés de dispositifs supplémentaires pour augmenter la volatilité. "Malgré cela", écrit Y.S. Boyko dans son livre, "la grande majorité des montgolfières modernes fonctionnent au propane-butane. C'est répandu dans la vie de tous les jours, bon marché, et la technologie pour son stockage et son transport est bien développée. C'est facile à allumer et à éteindre, une petite quantité de produits de combustion solides et non toxique. Les brûleurs ont également changé au-delà de la reconnaissance. Ce sont maintenant des appareils saturés de mécanismes de régulation et de contrôle qui maintiennent automatiquement la température requise de l'air chaud dans la coque. Les bouteilles de gaz sont généralement en alliages d'aluminium. Le propane liquide y est sous une pression de 10 à 20 atmosphères, et au-dessus du propane liquide se trouve du propane gazeux qui pénètre dans la mèche, qui brûle du début du vol à sa fin. La puissance de combustion de la mèche est ajustée par le régulateur. Le but de la mèche est d'allumer le brûleur principal pendant le vol. Après avoir atteint la température requise de l'air dans la coque, le brûleur principal est éteint afin d'économiser du gaz. Lorsque le pilote remarque sur le variomètre le début de la descente de la montgolfière, qui est provoqué par le refroidissement de l'air dans la coque, le brûleur principal est rallumé, l'air se réchauffe et la montgolfière s'élève. La puissance du brûleur des montgolfières modernes est de 1,8 à 4,6 MW. Cependant, l'air dans l'enveloppe peut être chauffé, non seulement en brûlant du carburant à bord du ballon. Il existe une autre source de chaleur : le soleil. Et si la coque est peinte en noir, elle accumulera de l'énergie solaire. Selon ce principe, en 1973 aux États-Unis, la montgolfière Solar Firefly a été construite, qui volait en utilisant uniquement l'énergie du soleil. En France, un certain nombre de montgolfières ont été développées en utilisant le rayonnement infrarouge du soleil. Ils ont reçu le nom de MIR. Leur principale différence est que l'air dans la coque est chauffé non seulement par le rayonnement atmosphérique de la gamme infrarouge, mais également par la terre. La coque MIR est divisée en deux parties. La partie supérieure n'émet pratiquement aucun rayonnement infrarouge en raison du revêtement spécial de la surface extérieure de la coque, par exemple du mylar aluminisé, de sorte que la chaleur s'accumule en dessous. La partie inférieure est en film de polyéthylène transparent avec un trou au fond. Lorsqu'un tel aérostat survole une zone de la terre où le flux de chaleur est dirigé vers le haut, la coque se réchauffe et une force de levage aérostatique supplémentaire apparaît. Pendant la journée, le ballon monte, la nuit il descend, mais pas au sol, mais à une certaine hauteur, où le rayonnement de la terre est suffisant pour maintenir une température de l'air élevée dans la coque. Bien sûr, l'altitude de vol du ballon dépendra de nombreux facteurs : la latitude de la région et les saisons de l'année, la clarté du ciel et l'heure de la journée, etc. Dans la stratosphère, la portance aérostatique de la chaleur du soleil et de la terre est toujours positif, c'est-à-dire que le ballon peut survoler toute la surface de la terre jour et nuit. L'altitude de vol jour et nuit permet de changer la valve à air située dans la partie supérieure de la coque et commandée par un petit moteur alimenté par une source d'alimentation embarquée. Lorsque la valve est ouverte, l'air chaud dans la coque est remplacé par de l'air froid entrant par le trou inférieur, dont le diamètre est supérieur au diamètre de la valve. De plus, le volume de la coque reste constant. Les vols de plusieurs jours en montgolfières stimulent l'esprit de compétition des aéronautes. De nombreux passionnés d'aéronautique rêvaient de voler autour de la Terre. Au début, des tentatives ont été faites pour survoler n'importe quel océan. L'Atlantique s'est avéré le plus adapté, dont la partie nord est jalonnée de nombreuses routes aériennes et maritimes. Cela a facilité le suivi du vol et la recherche des casse-cou qui s'aventuraient à survoler l'Atlantique. Le 14 septembre 1984, l'Américain D. Kittinger, 58 ans, ancien pilote d'essai militaire, est parti de la ville de Caribou dans le Maine, et, grâce à un fort vent arrière, s'est retrouvé au large des côtes françaises en 70 heures environ. . L'itinéraire de son vol passait au-dessus de Terre-Neuve, puis au sud du Groenland et avant que l'Irlande ne tourne brusquement vers le sud-est. Cela a rendu quelque peu difficile le choix d'un site d'atterrissage, car au-dessus de l'Europe, l'aéronaute s'est avéré être bien au sud des endroits où l'atterrissage était prévu. Volant le long des contreforts nord des Pyrénées et de la côte méditerranéenne de la France, il a atterri dans une zone boisée près de la ville italienne de Savone. L'arrivée a été difficile, l'aéronaute a été éjecté de la nacelle d'une hauteur de trois mètres, il s'est cassé la jambe et a été immédiatement transporté à l'hôpital. En 1998, Steve Fossett a établi le record de vol. Il a pris un vol le soir du Nouvel An, suspendant toute la gondole avec des bouteilles de propane pour chauffer plus longtemps l'air dans la coque. Cependant, en vol, des ennuis lui sont arrivés - le système de chauffage informatique de la cabine est tombé en panne et il a commencé à geler. J'ai dû descendre dans les couches plus chaudes de l'atmosphère. A 914 mètres d'altitude, l'aérostier a franchi la frontière russe dans la région d'Anapa. Après un certain temps, il a reçu un signal concernant une descente d'urgence - l'équipement est finalement tombé en panne et il a été contraint d'atterrir près de la ferme Grechanaya Balka dans le territoire de Krasnodar. Le détenteur du record en 1998 était un équipage international composé du Suisse Bertrand Picard, du Belge Bim Verstraeten et de l'Anglais Andy Elson. Partant de l'Europe dans le ciel sans trop de bruit sur le ballon "Bratling Orbiter-2", ils ont parcouru plus de vingt mille kilomètres. Mais, tombés dans des conditions météorologiques défavorables, ils ont été contraints d'atterrir en Birmanie. L'excitation grandit. En 1999, des équipages de différents pays se sont lancés les uns après les autres et ont le plus souvent échoué. La lutte principale a éclaté entre les Européens. Les Britanniques Andy Elson et Colin Prescott, partis d'abord d'Espagne le 17 février 1999, ont passé plus de douze jours dans les airs, battant le record du monde de durée et d'autonomie de vol, mais ont quand même été forcés d'atterrir - ils ont manqué de carburant. Après les détenteurs du record, une autre montgolfière s'est envolée, à partir du 1er mars, dimanche matin, de la ville suisse de Château d'Eu avec le même objectif - faire un vol sans escale autour de notre planète. Son commandant était le petit-fils du célèbre scientifique et voyageur suisse Auguste Picard - Bertrand. Il a été empêché de décoller à l'heure, c'est-à-dire le soir du Nouvel An, pour deux raisons : des conditions météorologiques défavorables et l'absence d'autorisation de Pékin pour survoler l'espace aérien chinois. Les compartiments de l'Orbiter 3 n'étaient pas remplis d'hélium, mais de propane, il s'est donc avéré plus gros et plus lourd que le ballon d'Elson et Prescott. Sa hauteur était de 55 mètres et il pesait 9 tonnes. Mais il a pu emporter de grandes quantités de carburant, ce qui a finalement porté ses fruits. « Picard et son partenaire, le pilote britannique Brian Jones, espéraient faire le tour de la Terre en 16 jours », écrit S. Nikolaev dans le magazine Tekhnika-Youth, « avoir l'autorisation de survoler le sud de la Chine comme un avantage. , l'expédition était loin d'être simple « Il fallait partir avec un fort vent de terre, sans attendre le beau temps, car Picard avait peur de rater les courants stratosphériques favorables. Immédiatement après le départ ils furent transportés en Espagne. pour redresser légèrement la direction du vol, passer au-dessus de la Mauritanie dans un courant d'air favorable, qui les envoyait vers l'Inde, la Chine et à travers l'océan Pacifique jusqu'en Californie... Plusieurs fois, le ballon s'est figé et a commencé à perdre rapidement de la hauteur. Il y a également eu des dysfonctionnements dans les systèmes d'alimentation en oxygène et de contrôle du ballon ... Ce n'est que lorsque le ballon "Orbiter-3", le dix-huitième jour, a dépassé le continent américain et s'est retrouvé au-dessus de l'Atlantique que les aérostiers ont commencé à espérer sérieusement le succès de leur expédition. L'espoir leur a donné de la force, qui à ce moment-là s'épuisait déjà. Les aéronautes ont signalé au point de contrôle qu'un de leurs radiateurs était en panne et que la température à bord ne dépassait pas huit degrés Celsius. Tous deux ont de gros rhumes. Bertrand Piccard, psychiatre de profession, a même été contraint de recourir à l'hypnose pour retrouver ses forces.
Le 21 mars, vers dix heures du matin, des aéronautes incroyablement fatigués, ayant parcouru plus de quarante mille kilomètres, ont pu quitter leur cabine exiguë. "L'aigle a atterri", ont-ils envoyé par radio à la Suisse, atterrissant près du village de Mut, à 800 kilomètres au sud-ouest du Caire. Le record est donc établi. De quoi les aéronautes modernes devraient-ils rêver maintenant ? A propos de survoler les deux pôles ? Ou organisez des courses de montgolfières autour du monde - qui voyagera le plus vite autour du monde ? Il est probablement plus logique d'aller dans l'autre sens. Des spécialistes de la NASA ont construit un ballon géant en forme de citrouille pour la recherche astronomique. Son diamètre est d'environ 128 mètres et sa hauteur est de 78. L'une des tentatives du printemps 2001 s'est soldée par un échec. Le ballon a coulé à cause d'une fuite, s'élevant à une hauteur de 20 kilomètres. On suppose qu'un tel géant flottera à une altitude de 35 kilomètres avec 1350 kilogrammes d'équipement scientifique et restera dans les airs jusqu'à cent jours. Et pendant ce temps, en présence de vents favorables, il fera cinq fois le tour de notre planète. Dans ce cas, tout le contrôle sera effectué par radio et à l'aide du pilote automatique. Il est envisagé d'utiliser des panneaux solaires pour alimenter les systèmes embarqués. Le lancement d'un ballon coûtera au moins trois fois moins cher que le lancement d'un satellite, et l'équipement parachuté peut être utilisé plusieurs fois. Un autre projet original a été proposé par les étudiants américains en design Eric Reuter et David Goodwin : un dirigeable de 180 mètres flotterait dans le ciel comme un clipper. La partie inférieure de sa structure verticale servira de quille stabilisatrice, tandis que les pontons gonflés à l'hélium - celui central et les deux latéraux - feront office de voiles. Le ballon géant peut servir de base scientifique ou d'avion de tourisme. Auteur : Musskiy S.A.
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