人类制造的第一种飞行器——气球
热气球是人类制造的第一种成功的飞行器。
千百年来，人类幻想冲破天空的封锁，憧憬着像飞鸟一样自由飞翔。为了尝试翱翔天空的感受，各个国家都出现过一些以鸟羽为翼的“飞人”，但他们的试验皆以失败告终。人们都在思索着，梦想着，到底需要借助什么，人类才能飞上天空。
现代热气球作为人类挑战大自然的工具已有200多年的历史，更远可追溯到中国三国时期。相传，诸葛孔明在一次战役中被对手司马懿围困在平阳，无法派兵出城寻求救援，蜀国兵将束手无策，军心不稳。思前想后，诸葛孔明想出了一条妙计，于是他算准风向，命人拿来白纸千张，制成会飘浮的纸灯笼，系上了求救的讯息，再利用烟雾向上的引力带着它们升空。一个个小小的天灯升起，加上军营内的人大声咋呼着：“诸葛先生坐着天灯突围啦！”，司马懿竟然信以为真，被蒙骗过去了。这一计谋挽救蜀国军士于危亡之际，大家最后因此而得以脱险。此后，后世就称这种灯笼为“孔明灯”。另一种说法，则是这种灯笼的外形像诸葛孔明戴的帽子，因而得名“孔明灯”。
早期的人类太空探索另外，在1000多年前的五代时期，中国的一位名叫莘七娘的女将军，在指挥作战时，也曾用竹篾扎成纸灯，下面用松脂点燃，靠热空气把纸灯送入空中，作为军事指挥的信号。人们管这种灯叫做“松脂灯”，实际上就是早期的一种热气球。和欧洲最早的热气球比较起来，中国的“松脂灯”要早700多年。
在辽阔的天空舞台上，气球曾经扮演了一个重要的角色，在早期的天空探险中屡次建功。
知识点热气球飞行的原理
热气球飞行是根据热空气密度比冷空气密度小，相同体积热空气比冷空气轻而产生浮力的原理。把球囊内的空气加热，使其变轻产生浮力，就可以使气球载重升空。利用开燃烧开关的间隔时间长短，调整球囊温度（气体密度）来控制热气球的上升和下降；利用不同高度层的风向来控制和调整自己的前进方向。热气球不能主动改变方向，它的飞行速度与风速相同。
氢气球升空试验和天空探险
人类第一次载人气球飞行成功以后，热气球飞行活动很快在各国流行开来。可是人们发现，热气球自身有很多缺点，一是制作和提供燃烧动力很麻烦，使用以前先要生火产生热气；二是由于高空气温比较低，热气球飞到天上后会很快变冷，氢气球因而不能飞得更高更远。于是人们就想，最好能找到一种重量既轻、又不用加热的气体来填充气球。
世界上到底有没有这种气体呢？有，这就是氢。氢是世界上最轻的元素，它的重量只有同体积空气的十几分之一，用它来填充气球，可以提供比热气球大得多的升力。18世纪末已有不少科学家注意到氢的特殊性能，如果能把这种最轻的气体充入容器中制成气球，一定能够升入空中。这个想法激励着不少人去探索。英国人卡瓦罗已走到了成功的边缘，他曾用清理过的动物尿泡和纸袋充气，但由于过重和漏气而失败。
世界上第一个氢气球，是法国化学家查理发明的。查理教授先用橡胶和丝织品做成一个大口袋，再在口袋上装一根管子，管子的另一端接在一桶硫酸上。然后，他把锌片不断地扔进硫酸里，让硫酸和锌片发生化学反应，于是大量氢气就产生了，并通过管子充入口袋里。
一天，查理教授来到巴黎的一个公园，进行了世界上第一次氢气球的升空试验。试验是比较成功的，这只氢气球升到约1000米高，飞行了45分钟以后，在巴黎郊区的一个小村旁降落。在那充斥迷信的年代，宗教和科学都在用自己的力量争取群众。当时，这个氢气球透过蒙皮渗出一股股浓烈的硫磺气味，被当地居民看成了恶魔。他们请天主教司祭来惩治这一奇怪的“天外来客”。这个平时装神弄鬼的人此时也战战兢兢地不知如何是好。一个胆大的人走近气球，对它开了一枪，气球开始漏气了。接着，司祭壮起胆子，在他的煽动下，人群凶猛地扑向“怪物”，把它绑在马尾巴后面，结果，查理的发明物被拖成了一块块的碎片……
查理教授既高兴，又惋惜。他决心制作一个更大的氢气球，并且亲自乘坐它，升到天空中去！
3个月以后，气球做好了，定于1783年12月1日试飞。
那天，有20多万人从四处赶来观看，热闹非凡。查理教授和一位伙伴一起，乘着氢气球在广阔的天空中遨游。查理的载人氢气球用浸涂橡胶的丝织物制成，气球下部逐渐收缩过渡为放气管，以防止高空气压过低或太阳照射时氢气体积膨胀而引起爆炸。查理调节升力的重要措施，是安装了两个用绳索来操纵活门的放气活塞。整个气囊被安全网索套着，下面悬挂承力框和吊篮。这些设计细节一直沿用到后来的气球上。
查理和他的助手罗别尔站在鸟笼一样的吊篮里，请来帮忙的人用力拉住系留索。当时，由于激动和不安，谁都一言不发。当抛掉8.62千克的配重物后，气球开始从地面升起，一直飞到650米的高度，在45分钟内飘飞了40千米。
氢气球随后，查理又进行了半小时的单人飞行。这次减少了一个人的体重，气球升到了2000米的高度。在人类历史上，查理是第一个达到这个高度的人。
后来，查理教授在回忆这次飞行的时候，曾经激动地对人们说：“当我离开地面时，一种从未有过的欢快之感油然而生。啊，这就是幸福！”的确，这是发明成功的幸福，是人类向大自然挑战时的幸福，是探险获得胜利后的幸福！
从罗泽尔的900米到查理的2000米，人类在空中越升越高，可是，天到底有多高呢？根据科学的认识，在地球的周围有一层厚厚的大气。大气可以分成很多层，其中贴近地面的一层叫对流层，大约有十几千米厚，对流层中的空气最稠密。再往上是平流层，这一层的顶部离地面大约80千米，这里空气十分稀薄，温度也很低。人类如果到了那里，没有必要的保护装置，必定会因缺氧而得高空病，甚至会死亡。
勇敢的飞行探险家们没有在死亡的威胁面前停住脚步。为了科学的发展，为了征服天空，他们前仆后继，依靠简陋的设备，向天空发起一次次冲击！
1803年7月18日，比利时科学家罗伯逊和同伴罗斯特一起，乘氢气球在空中飞行了6个半小时，首次达到7000米的高度，打破了留空时间和高度上的两项世界纪录。在高空中，罗伯逊感到非常难受，随着气压计不断下降，他的耳中尽是嘈杂的响声，呼吸困难，浑身无力，眼睛中布满血丝，血液也仿佛都涌到了头顶。这是典型的高空病症状。别说是人，就是鸟儿也无法适应这样恶劣的环境，气球吊篮中携带的两只鸽子，一只死亡，另一只也奄奄一息。
1862年，英国气象学者格列塞和他的青年助手果克苏升到了9000米的高度。在7000米的高度上，高空旅行者受到了第一场严峻的考验：酷寒和空气稀薄双双折磨着他们，而探索大自然秘密的决心却鼓舞着他们顽强地继续升高。
在他们有趣的高空实验室里，藤条吊篮中除气压计、温度计和时钟外，还挂着一只鸟笼。粗大的缆绳系着铁锚，着陆后要用它系留气球，防止被风刮跑。试想，他们靠着如此脆弱的“风船”航行于大气海洋的惊涛骇浪之中，该需要多么大的勇气和毅力啊！
气球在继续上升，超过了7000米，突然，格列塞眼睛模糊了，看不清气压表刻度和时钟的指针。他用手支着身子，可是，右手失去了力量，左手也开始发麻，这是一种高空缺氧反应。他正想挣扎起来观察仪表，却无力地倒在吊篮里，失去了知觉。他的助手果克苏在紧急关头，冒险攀上了吊篮的框架，想用手去拉放气活塞绳，但他的手臂也开始发麻，不听使唤。小伙子急中生智，硬是用牙齿咬住活塞绳往下拉，才排出一部分氢气，使气球下降，回到地面。
高空历险归来，格列塞把他的亲身体验写成一篇报告，引起了医学家的注意，并立即进行了一系列高空生理的实验和研究。以后，人们采纳了医生的建议，在大气海洋中航行时一定要携带氧气。
氦气球可以说是气球的第三代。有了它，许多过去人们难以飞越的地方，像英吉利海峡、北极等，现在都畅通无阻了。于是，永不停顿的气球探险家们又给自己的挑战提出了新的目标。
1978年8月11日晚，夜幕沉沉，笼罩着北美大陆。在美国东部缅因州的大西洋岸边，一个体积达5000立方米的巨大气球腾空而起。这个气球名叫“双鹰2号”，里面充满了氦气，球体用尼龙和轻质的人造橡胶薄膜制成。3位美国发明家，本·阿布鲁佐、马克西·安德森和拉里·纽曼，坐在气球下的吊舱里，乘着一股从美洲向东吹往欧洲的高空气流，开始了一次充满危险的航行。原来，他们计划横跨烟波浩渺的大西洋，飞到欧洲大陆去！
寒冷的北极我们先回顾一下载人气球横越大西洋的历史。早在1873年，就有人提出了这个计划并付诸实施，但气球起飞后不久就一头栽了下来。后来又有不少飞行家做过这万里越洋的尝试，但是等待着他们的，是一次又一次的失败，还有7个人献出了宝贵的生命。就拿20世纪70年代来说，在重新兴起的越洋飞行热中，有8次失败的纪录，其中一对英国夫妇和一个美国人在大洋上失踪。但令人欣慰的是，在人们的不懈努力下，跨洋飞行的距离在不断地增加着，其中最长的一次，有两名英国飞行家在离目的地只有100多千米的海洋中落水。在“双鹰2号”的3位飞行家中，有两位曾经参加过“双鹰1号”的越洋飞行，结果在空中漂泊3天后掉在冰冷的海里，其中一位的双腿被严重冻伤，后来几乎锯掉……
虽然经历了一次次的灾难，但飞行家们在挫折中奋起，他们认真总结历次失败的经验教训，努力利用现代科学技术，改进气球的设计和设施。例如，气球设计师为“双鹰2号”穿上了“白衣黑裙”，也就是说，把气球的上半部分涂成银白色，下半部分涂成黑色。这样，当白天烈日当空时，银白色的球顶把太阳的大部分热量反射出去，可以防止气球升得过高而发生危险。夜晚气温降低，由于海水的温度要比气温高一些，“黑裙子”可以尽量多吸收海面辐射的热量，防止气球因体积收缩而下降过多。为了防止落海后发生危险，他们把吊舱制成了船身形状。另外，他们听取了气象学家的劝告，选择了对飞行有利的气候条件，如风向好，气流稳定等。他们还在吊舱里装备了一台无线电信标机，不断通过人造卫星和美国空间飞行中心保持联系，以便双方及时了解有关情况。
尽管“双鹰2号”有现代科技“护航”，飞行中仍然充满了危险。大西洋上空的气候多变，时而上升的气流把气球带上几千米甚至上万米的高空，那里空气稀薄，氧气极缺，气温很低，叫人难以忍受；时而下降的气流又把气球压向海面，随时有坠落海中葬身鱼腹的可能。如果遇到狂风暴雨就更麻烦了，气球只能像一叶扁舟一样，孤独无援地在惊涛骇浪中和大自然搏斗。
勇敢机智的飞行探险家们，事先对各种困难作出周密的考虑，安排得十分详尽。他们3人在飞行中轮流值班，分工合作，配合得非常默契。他们随时注意气候变化和气球的情况，如果飞得太高，就放开阀门，放掉一部分氦气，减小浮力；如果下降得厉害，就抛掉一些压舱的砂囊或铅块，减轻重量。就这样，他们整整和大自然搏斗了6天6夜，终于在8月17日傍晚，降落在法国巴黎西北约100千米的一个小镇旁。这是一次不寻常的飞行，时间长达137小时，航程5000多千米，一举创造了载人气球飞行距离最远和留空时间最长两项世界纪录，飞行探险家们追求了一个多世纪的理想终于实现了！为了表彰他们的杰出贡献，法国政府向他们颁发了金质奖章。
知识点氢气球的类别和应用
轻质袋状或囊状物体充满氢气，靠氢气的浮力可以向上漂浮的物体就叫氢气球。氢气球一般可分为橡胶氢气球、塑料膜氢气球和布料涂层氢气球几种。较小的氢气球，多用于儿童玩具或喜庆时节放飞用；较大的氢气球用于飘浮广告条幅，也叫空飘氢气球。气象上用氢气球探测高空，军事上用氢气球架设通信天线或发放传单。
飞艇的发展历程和环球飞行
飞艇是由气球演变而来的，它的历史比飞机早半个世纪。
在1783年发明了气球之后，人们马上就想方设法改进和驾驶气球。
1784年，法国罗伯特兄弟制造了一艘人力飞艇，长15.6米，最大直径9.6米，充满氢气后可产生1000多千克的升力。罗伯特兄弟认为，飞艇在空中飞行和鱼在水中游动差不多，因此把它制成鱼形，艇上装上了桨。
1784年7月6日进行试飞，当气囊充满氢气后，飞艇冉冉上升，随着高度的增加，大气压逐渐降低，囊内氢气膨胀，气囊越胀越大，眼看就要胀破。这可把罗伯特兄弟吓坏了，他们赶紧用小刀把气囊刺了一个小孔，才使飞艇安全降到了地面。
飞艇上管理员的宿舍这次试验启示人们，应当在气囊上留一个放气阀门。2个月后，兄弟俩又对飞艇进行了改装，作了第二次飞行。这次飞行由7个人划桨作动力，飞行了7个小时，但只飞了几千米。虽然飞行速度很慢，但它毕竟是人类第一艘有动力的飞艇。
1872年，法国人特·罗姆制成了一艘用螺旋桨代替划桨的人力飞艇。飞艇长36米，最大直径15米。加上吊舱，高达29米，可载额为8人。螺旋桨直径9米，几个人轮流转动螺旋桨，使其产生拉力，牵引飞艇前进，速度达每小时10千米，比划桨的飞艇快多了。不久之后，另一个法国人卡奴·米亚从自行车受到启发，设计了一种脚踏式螺旋桨飞艇。这种单人飞艇在无风时可以短时间飞行，速度可达每小时16千米，比起手转螺旋桨飞艇又快了许多。但这时飞艇飞行中有一个难题还没解决，就是飞艇一升高，就要通过阀门放气，以防止气囊膨胀爆裂，但气放掉之后，就再也无法升高了。
为解决这一问题，法国的查理教授和罗伯特兄弟于1874年制成了一种装有空气房的气球。它的形状像纺锤，与现代飞艇很相似。这种气球，外面是一个大的丝质胶囊，里面有一个小气囊，小气囊上面有一个气体阀门。外囊充氢气，使气球产生浮力升到空中，内囊用来充空气。这个小气囊就叫“空气房”。气球在升空之前，先将“空气房”充进空气。当气球升到一定高度后，就将“空气房”打开，放出一部分空气。这样，外囊膨胀后，“空气房”就因受挤压而缩小，使外囊膨胀的压力有所减小，以保证气囊不致胀破。这一发明，解决了气球升空的一大难题，是飞艇发展史上的又一重大突破。此后，“空气房”很快便在所有飞艇上使用了，并一直沿用至今。
“齐柏林伯爵”号飞艇18世纪60年代，蒸汽机、内燃机、电动机相继发明，为飞艇动力的改进创造了条件。1851年，一台重160千克，功率为2.2千瓦的蒸汽机制造成功，并很快被应用于飞艇上。1852年，法国的齐菲尔德制造了一艘椭圆形的飞艇，长44米，最大直径13米，总升力达2000千克多。飞艇上安装了螺旋桨，并用这台蒸汽机作动力。9月24日，这艘以蒸汽机作动力的飞艇在巴黎郊区试飞。那天，天气晴朗，风和日丽。飞艇升空后，蒸汽机以每分钟110转的速度，带动直径3米多的三叶螺旋桨旋转，前进速度达到每小时9.4千米。但由于没有考虑操纵问题，飞艇起飞后不能返回起飞地点着陆。
1884年，法国的军官路纳德和克里布又制造了一艘“法兰西”号飞艇，长51米，前部最大直径8.4米，用蓄电池供电的电动机作动力。8月9日凌晨4点，在法国科学院观察员的陪同下解缆试航。飞艇先向南飞行，然后向凡尔赛宫飞去，在离出发点4千米处返航。在高度300米处打开放气阀门排氢降落，在降落中多次前后转动，以对准着陆点。飞艇到达80米高度时，丢下缆绳由地面拉降固定。试飞历时25分钟，飞行速度最高达每小时24千米。这是人类第一艘能操纵的飞艇。
在飞艇发展史上，德国的退役将军菲迪南德·格拉夫·齐柏林是一个重要人物，他是硬式飞艇的发明者，被后人称为“飞艇之父”。
1900年，齐柏林制造了第一架硬式飞艇。它的最大特点是有一个硬的骨架，骨架是由一根腹部纵向大梁和24根长桁及16个框架构成，并使用了大量纵向和横向拉线，以增强结构强度。艇体构架外面蒙上防水布制成的蒙皮。艇体内有17个气囊，总容积达到1.2万立方米，总浮力达13000千克，是当时软式飞艇的5~6倍。由于多气囊还能起到类似船上隔水舱的作用，所以大大提高了飞行的安全度。
飞艇落地时，需要大量的人力来拉才行1908年，齐柏林又用自己的全部财产设计制造了当时世界上最大的一艘飞艇——“Lz-4”号。齐柏林对这艘飞艇的性能非常满意，他曾亲自驾驶这艘飞艇作了一次远航试验。飞艇从德国起飞，飞过阿尔卑斯山，到达瑞士后返航。这一成就引起了德国政府的重视，他们宣布，如果飞艇续航时间能超过24小时，政府就购买它，并愿意支付发展硬式飞艇所用的全部研制费用。这年8月4日，是“Lz-4”号飞艇正式接受检验的日子。政府官员和许多观众都来到了现场。齐柏林亲自驾驶飞艇升空。开始一切都很顺利，可是几小时后，发动机就出了毛病，飞艇只好迫降地面，进行维修，准备再次升空。谁知祸不单行，偏偏在这个时候又起了一阵狂风，将飞艇的锚绳吹断。飞艇朝一片树丛撞去，当场毁坏了。德国政府由于怀疑飞艇的作用而放弃了购买，齐柏林也变得一贫如洗。正当齐柏林走投无路时，一位法兰克福时代报的记者富果·艾肯纳博士伸出热情的双手帮助了他。艾肯纳将飞艇的现场客观地作了报道，又把齐柏林为发展飞艇而奋斗的事迹做了一番宣扬。全德国的报纸都转载了艾肯纳的文章。
当更多的人了解到齐柏林的事迹时，许多人被深深打动了，迅即，在德国人民中，发起了一场捐款活动，在很短时间内就筹集了600万马克，足够齐柏林再造一艘新飞艇了。
齐柏林总结了过去失败的教训，重新设计制造了“Lz-5”号、“Lz-6”号飞艇，经过试飞都获得了成功，在空中停留的时间都超过了24小时。后来他又制造了3架飞艇，性能都不错，完全可以进行空中运输。在这种情况下，齐柏林与艾肯纳决定成立一家航空公司，起名叫德拉格公司。这是世界上第一家航空公司。
1910年6月22日，第一艘飞艇正式从德国法兰克福飞往杜赛尔，建立了第一条定期空中航线，担任首航运输任务的就是“Lz-7”号飞艇，它一次可载24名旅客，有12名乘务员，飞行速度为每小时69～77千米。
飞艇齐柏林逝世后，他的继承人艾肯纳博士提出了一个大胆的计划：建造一艘环球飞艇，开辟洲际长途客运。艾肯纳设计的环球飞艇确实很大，这艘飞艇长达237米，最大直径30.5米，可充10.47万立方米的氢气，本身重量为11.8万千克，载重5.3万千克，用5台柴油发动机作动力，最大速度每小时193千米，于1927年7月建成。为纪念齐柏林，这艘飞艇被命名为“格拉夫·齐柏林”号，由他的女儿主持了建成典礼。
1929年8月8日，“格拉夫·齐柏林”号飞艇开始了一次伟大的环球飞行，从美国的新泽西州出发，经过德国、苏联、中国、日本，于8月26日回到洛杉矶市。整个航程历时21天7小时34分。齐柏林号飞艇环球飞行的成功大大促进了飞艇的发展。
20世纪30年代建造飞艇的技术已达到相当成熟的程度，特别是进入全盛时期，甚至用两个星期就可造出一艘。看到了航空时代的巨大前景，各个国家都把它当成一种有力的空中武器和交通工具。据统计，在20世纪20～30年代，美国建造了86艘，英国建造了72艘，德国建造了188艘，法国建造了100艘，意大利建造了38艘，苏联建造了24艘，日本也建造了12艘。这是飞艇的鼎盛时期，所以人们把这期间称作飞艇的“黄金时代”。
可是，好景不长。充氢飞艇多次出现了着火爆炸事故。充氦飞艇虽然比较安全，但由于体积庞大，臃肿笨重，结构不够坚固，一再出现被飓风吹折尾翼而坠落海中的事故。世界上著名的大型飞艇“阿可龙”号和“麦康”号等连遭厄运，迫使各国停止生产和使用大型飞艇。一度活跃的“空中巨鸟”从此销声匿迹。20世纪30年代以后，世界上几乎只有美国的一种小型软式飞艇“欧洲”号幸存，它装着上千只彩色灯泡，在城市夜空徘徊，做广告用，但如今已经是形单影只，处境凄凉了。
知识点飞艇的组成和各自的功用
飞艇主要由艇体、动力装置、尾翼和吊舱组成。艇体的气囊内充有比空气轻的氢气或者氦气，利用它们受到空气的浮力，飞艇才能浮在空中。动力装置用来推进飞艇。尾翼用来起稳定、控制作用和改变飞行方向。吊舱用来载人和货物。
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