Αερόστατο
Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Το αερόστατο είναι πτητικό μέσο ελαφρύτερο από τον αέρα, που αιωρείται χάρη στην άνωσή του. Αποτελείται από δύο κύρια μέρη: τη λέμβο ή γόνδολα (που λέγεται και «καλάθι») και είναι ο χώρος όπου βρίσκονται άνθρωποι, όργανα και τυχόν φορτίο, και ένα μεγάλο σάκο που γεμίζει με ζεστό αέρα ή κάποιο ελαφρύτερο του αέρα αέριο. Η πρώτη πετυχημένη πτήση με αερόστατο έγινε από τους Αδελφούς Μονγκολφιέ στις 21 Νοεμβρίου 1783 στο Παρίσι.
Στα κατοπινά χρόνια το αερόστατο χρησιμοποιήθηκε ευρύτατα. Ήδη λίγα χρόνια μετά την πτήση του συνειδητοποιήθηκε η χρησιμότητά του στις στρατιωτικές επιχειρήσεις, σε αναγνωριστικό (και αργότερα αντιαεροπορικό) ρόλο. Σε αυτό το ρόλο συνέχισε να χρησιμοποιείται μέχρι και τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Χρησιμοποιείται επίσης, μέχρι και σήμερα, για παρατηρήσεις της ανώτερης ατμόσφαιρας, αλλά και για σπορ.
Εξέλιξη του αερόστατου αποτέλεσε το αερόπλοιο.
Πίνακας περιεχομένων |
[Επεξεργασία] Ιστορία
Στην ιστορία περιγράφονται πολλές προσπάθειες του ανθρώπου να «πετάξει» στον ουρανό όπως τα πουλιά. Γνωστότερη μυθολογική περιγραφή πτήσης ήταν αυτή που αναφέρεται στο Δαίδαλο και τον Ίκαρο, οι οποίοι ήθελαν να δραπετεύσουν από την Κρήτη πετώντας. Η επιθυμία των ανθρώπων για πτήση στους ουρανούς αντίκειται και στις προβλέψεις της Παλιάς Διαθήκης, η οποία αναφέρει στο βιβλίο Ιώβ ότι, η επιθυμία του ανθρώπου να μιμηθεί τις σπίθες της φωτιάς και να ανέβει ψηλά, δεν είναι δυνατόν να ικανοποιηθεί. Ένας θρύλος αναφέρει ότι οι Ίνκας τοποθετούσαν επιφανείς νεκρούς σε ένα όχημα που έμοιαζε με αντεστραμμένη πυραμίδα, το οποίο στη συνέχεια απογειωνόταν με τη βοήθεια θερμού αέρα και μετέφερε τους νεκρούς στους θεούς - προφανώς στον εγγύτερο ωκεανό. Ευρήματα γι' αυτό το θρύλο δεν υπάρχουν όμως ακόμα.
Ο Λεονάρντο ντα Βίντσι σχεδίασε πολλές «μηχανές» και διατάξεις, οι οποίες θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν για πτήση, αλλά δεν υλοποίησε καμία από αυτές. Ένα βιβλίο που κυκλοφόρησε στα τέλη του 17ου αιώνα περιελάμβανε σχέδια για «χάρτινους δράκους» (αητούς στα καθ' ημάς), οι οποίοι πετούσαν γεμισμένοι με θερμό αέρα. Το 1709 πέτυχε η πρώτη καταγεγραμμένη «πτήση» στην Πορτογαλία.
Ο Bartholomeo Lourenco de Gusmao κατασκεύασε ένα μπαλόνι με διάμετρο περί τα 70 cm και το οποίο ετροφοδοτείτο με το ζεστό αέρα που δημιουργούσε η καύση χόρτων και ξύλων σε ένα μικρό δοχείο στο κάτω μέρος του. Η επίδειξη ήταν τόσο εντυπωσιακή ώστε ο Γκουσμάο εκλήθη να επαναλάβει την επίδειξή του μπροστά στο βασιλιά, στη μεγάλη αίθουσα υποδοχής των ανακτόρων. Οι αυτόπτες μάρτυρες μεταβλήθηκαν όμως σε πυροσβέστες, γιατί το μπαλόνι ανέβηκε σε κάποιο ύψος και στη συνέχεια ακούμπησε στις κουρτίνες του ανακτόρου, με αποτέλεσμα να προκληθεί πυρκαγιά.
Μερικές δεκαετίες αργότερα άρχισαν οι ερευνητές να συζητάνε για τον «αέρα της φωτιάς» που προκαλεί η καύση, ένα ιδιαίτερο είδος αέρα, το οποίο ανέβαινε με τον καπνό ψηλά, επειδή ήταν ελαφρύτερο από τον ατμοσφαιρικό. Η ιδέα ότι ο θερμός αέρας είναι ελαφρύτερος δεν ήταν ακόμα γνωστή, δεδομένου ότι τα θερμικά φαινόμενα βρίσκονταν ακόμα σε προεπιστημονικό στάδιο. Το υδρογόνο που ανακάλυψε το 1766 ο Κάβεντις και ονομάστηκε «καύσιμος αέρας» αποδείχθηκε επίσης ελαφρύτερο του ατμοσφαιρικού. Ο συνάδελφός του Μπλακ είχε ήδη τότε εκτιμήσει ότι θα έπρεπε αντικείμενα που είναι γεμάτα με αέρα ελαφρύτερο του ατμοσφαιρικού να ανεβαίνουν ψηλά.
Οι διάφορες απόψεις και σκέψεις για τον «ελαφρύ αέρα» καταγράφηκαν κάποια στιγμή στη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών και έγιναν γνωστές σε όλα τα μέλη της. Ανάμεσά τους ήταν και οι αδελφοί Joseph-Michele (1740-1810) και Jacques-Etienne Montgolfier (Μονγκολφιέρ, 1745-1799) από την περιοχή της Λυών. Οι εύποροι αδελφοί αποφάσισαν τότε να κατασκευάσουν ένα μπαλόνι που θα ανέβαινε ψηλά με ζεστό αέρα. Υπάρχουν πολλές εκδοχές για τις εργασίες και δοκιμές που εκτελέστηκαν, μέχρι να γίνει η επίσημη παρουσίαση της εφεύρεσής τους, δεδομένου ότι τις επόμενες δεκαετίες έγιναν οι δυό τους λαϊκοί ήρωες και διάφορα κατορθώματά τους, πραγματικά και φανταστικά, περιγράφονταν σε εφημερίδες και βιβλία. Το φθινόπωρο του 1782 κατασκεύασαν οι Μονγκολφιέρ ένα επίμηκες μπαλόνι από μεταξωτό ύφασμα και το τροφοδότησαν με ζεστό αέρα από την καύση χόρτων και μαλλιού. Η επιτυχία τους ήταν σημαντική, γιατί αυτό το μπαλόνι πέταξε για περίπου 10 λεπτά σε ύψος 20 μέτρων. Στην επόμενη προσπάθειά τους ήταν τέτοια η δύναμη άνωσης, ώστε έσπασαν τα σκοινιά που το κρατούσαν και το μπαλόνι έφτασε περίπου στα 300 μέτρα, μέχρι να πέσει σε απόσταση μερικών χιλιομέτρων. Μετά από αυτές τις επιτυχίες οργανώθηκε τον Ιούνιο του έτους 1783 μια επίσημη παρουσίαση στη γενέτειρα πόλη. Κατασκεύασαν μια σφαίρα από ύφασμα αδιάβροχο, ψιλό, με χωρητικότητα 600 m3, τη γέμισαν με θερμό αέρα και την άφησαν να υψωθεί στον ουρανό στις 5 Ιουνίου 1783 στο Ανονέ της Γαλλίας. Η κατάκτηση του αέρα είχε γίνει. Το αερόστατο αυτό ανέβηκε σε ύψος περίπου 180 μ. και κάλυψε απόσταση 2.337 μ. από το σημείο της εκκινήσεώς του. Οι επίσημοι καλεσμένοι από την εξουσία και την επιστήμη πήραν θέσεις σε ξύλινες εξέδρες και παρακολούθησαν την πτήση ενός μπαλονιού με διάμετρο 30 μέτρων, το οποίο λέγεται ότι έφτασε σε ύψος μερικών χιλιομέτρων.
Η έκθεση για την πτήση που παραδόθηκε από παρατηρητές στην Ακαδημία Επιστημών ανατέθηκε στον ερευνητή Jacques Alexandre Cesar Charles (Σαρλ, 1746-1823) για περαιτέρω μελέτη και οι αδελφοί εφευρέτες προσκλήθηκαν να παρουσιάσουν το έργο τους στο Παρίσι. Ο συγκεκριμένος ερευνητής συνδύασε την εφεύρεση με τις πληροφορίες που είχε από την Ακαδημία για τη συμπεριφορά του υδρογόνου και οργάνωσε, με συλλογή χρημάτων από φίλους και συνεργάτες του, την πραγματοποίηση πτήσης με μπαλόνι υδρογόνου. Πράγματι στις 27 Αυγούστου 1783 μπροστά σε 300.000 Παρισινούς, ο Γάλλος φυσικός Σαρλ ύψωσε μια σφαίρα από ύφασμα, ντυμένο με καουτσούκ με διάμετρο 3,5 μ., γεμάτη υδρογόνο, που μόλις είχε ανακαλυφτεί τον Αύγουστο 1783 πραγματοποιήθηκε αυτή η πτήση, όπου η πρωτόγονη διάταξη για παραγωγή υδρογόνου προκάλεσε τεράστια ρύπανση και πολλοί από τους, όπως λέγεται με δόση υπερβολής, 300.000 θεατές, το μισό Παρίσι δηλαδή, έφυγαν μακριά για να μην δηλητηριαστούν. Τελικά η πτήση πραγματοποιήθηκε με επιτυχία και θεωρήθηκε η πρώτη πτήση μπαλονιού, δεδομένου ότι οι αδελφοί Μονγκολφιέρ ήταν ακόμα άγνωστοι στην πρωτεύουσα.
[Επεξεργασία] Αερόστατο του Blanchard
Οι δύο αδελφοί έφτασαν ανυποψίαστοι στο Παρίσι μετά την επίδειξη του Σαρλ και, όταν πληροφορήθηκαν τα γεγονότα, προσπάθησαν να καλύψουν το χαμένο έδαφος των εντυπώσεων. Η επίδειξή τους ενώπιον του Λουδοβίκου XVI ήταν όμως μια παταγώδης αποτυχία, γιατί το αερόστατο πήρε φωτιά και έπεσε πριν ακόμα πάρει κάποιο ύψος. Λίγες μέρες μετά στις 19 Σεπτεμβρίου 1783 ο Ιωσήφ Μονγκολφιέρ ανύψωσε με θερμό αέρα στις Βερσαλλίες μια σφαίρα με διάμετρο 14 μ., κάτω από την οποία υπήρχε κλουβί που περιείχε ένα πρόβατο, έναν πετεινό και μια πάπια. Η σφαίρα, που ονομάστηκε Μογκολφιέρα, ταξίδεψε 2.413 μ. σε διάστημα 8 λεπτών και προσγειώθηκε με τα ζώα υγιέστατα. Η νέα επίδειξη πέτυχε, το μπαλόνι έφτασε στα 1.000 μέτρα περίπου. Ήταν η πρώτη πτήση με επιβάτες.
Ο Σαρλ συνέχισε να βελτιώνει το δικό του αερόστατο και επινόησε την τοποθέτηση σάκων με άμμο (έρμα), ώστε να ελέγχεται το ύψος πτήσης με άδειασμα κάποιων σάκων. Επίσης εισήγαγε μια βαλβίδα ώστε να ελευθερώνεται αέριο, όταν το αερόστατο έφτανε ψηλά, δεδομένου ότι σε κάποιες εκατοντάδες μέτρα από το έδαφος, το μπαλόνι φούσκωνε υπερβολικά λόγω της μειωμένης ατμοσφαιρικής πίεσης.
Στις 21 Νοεμβρίου 1783 έγινε η πρώτη πτήση ανθρώπων, όταν ο Ιωάννης Φραγκίσκος Πιλάτρ ντε Ροζιέ και ο Φραγκίσκος Λαυρέντιο ντε Αρλάντ πέταξαν με Μογκολφιέρα, που έφτασε σε ύψος 1.000 μ. και διάνυσε απόσταση 8 χλμ. σε 20 λεπτά.
Νέες επιτυχίες επανδρωμένων αερόστατων σημειώθηκαν την 1η Δεκεμβρίου 1783 από τους αδερφούς Ρομπέρ, που πέταξαν με σφαίρα με διάμετρο 27 μ., γεμισμένη με υδρογόνο και εφοδιασμένη με βαλβίδα διαφυγής του αερίου, για να ρυθμίζεται το ύψος. Σε λιγότερο από μήνα μετά από εκείνη την ιστορική πτήση, έγινε επίδειξη αεροστάτου, που χρησιμοποιούσε το υδρογόνο ως μέσο ανύψωσης. Ο νέος αυτός μηχανισμός ήταν απλούστερος και έκανε το αερόστατο θερμού αέρα να πέσει στην αφάνεια για 2 αιώνες, για να επανέλθει στο προσκήνιο στα τέλη της δεκαετίας του '50, όταν η Aμερικανική κυβέρνηση κατασκεύασε ένα αερόστατο θερμού αέρα , ως μέρος ερευνητικού της προγράμματος.
Στην Αγγλία το 1783 ο Ιταλός κόμης Φραγκίσκος Τσεμπεκάρι κατασκεύασε αερόστατο από μετάξι, με διάμετρο 3,05 μ. και βάρος 5 κιλά που έμεινε στον αέρα 2,5 ώρες και διάνυσε 77 χλμ. Ήταν το πρώτο αερόστατο στην Αγγλία. Τρεις μήνες αργότερα ένα αερόστατο πέρασε τη Μάγχη, διανύοντας απόσταση 120 χλμ., από το Σάντουιτς του Κεντ ως τη γαλλική Φλάντρα. Στις 15 Ιουνίου 1785 οι Πιλάτρ ντε Ροζιέ και Ρομαίν επιχείρησαν αντίθετη διάβαση της Μάγχης, αλλά το αερόστατο σχίστηκε και οι δυο επιβάτες του σκοτώθηκαν. Είναι τα πρώτα θύματα στον ατέλειωτο κατάλογο των ηρωικών καταχτητών του αέρα.
Ο Βικέντιος Λουνάρτι έκανε πολλές πτήσεις με αερόστατο, ξεκινώντας από το Λονδίνο και ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε κουπιά για το ανεβοκατέβασμα του αερόστατου.
Το έτος 1804 ταξίδεψαν δύο διάσημοι Γάλλοι ερευνητές, ο Biot και ο Gay-Lussac, με αερόστατο σε ύψος 6,5 χιλιομέτρων πάνω από τις 'Άλπεις για να μελετήσουν τη σύνθεση του ατμοσφαιρικού αέρα και του μαγνητικού πεδίου της Γης.Οι επιστήμονες και τεχνικοί της εποχής έβλεπαν το αερόστατο σαν ένα μεγάλο παιχνίδι, εφόσον η πτήση του δεν μπορούσε να ελεγχθεί. Ένας τεχνικός, ο Jean-Pierre Blanchard, παρουσίασε το 1874 ένα αερόστατο με πτερύγια από βέργες και ύφασμα, αλλά οι δυνάμεις κατά την πτήση ήταν τόσο ισχυρές ώστε κατέστρεφαν κάθε κατασκευή που επινοήθηκε. Είναι εντυπωσιακό ότι κατά τους ναπολεόντειους πολέμους στην Ευρώπη, μέχρι το 1815, δεν χρησιμοποιήθηκε το αερόστατο συστηματικά για κατασκοπευτικές πτήσεις κοντά στον εχθρό, αν και προτάθηκε και φαίνεται να δοκιμάστηκε κατά καιρούς. Η αδυναμία κυβερνήσεως του μπαλονιού το καθιστούσαν εύκολο στόχο στις εχθρικές δυνάμεις. Ως αερόστατο ελεγχόμενης πτήσης εφευρέθηκε αρκετές δεκαετίες αργότερα το Ζέπελιν, το οποίο όμως επίσης δεν κατάφερε να αντιπαρατεθεί με το αεροπλάνο. Τα αερόστατα χρησιμοποιούνται σήμερα, ενίοτε για επιστημονικές εργασίες, αλλά κυρίως για ψυχαγωγία και προβολή διαφημίσεων, λόγω της μεγάλης ορατής από το έδαφος επιφάνειας του μπαλονιού.
Το 1821 πρωτοχρησιμοποιήθηκε το φωταέριο για το γέμισμα του αερόστατου στην Αγγλία, στις 19 Ιουλίου κατά τη στέψη του Γεωργίου του Δ'. Ακολούθησαν και άλλοι πολλοί, όπως οι Γκλέσερ και Κόξγουελ. που στις 5 Σεπτεμβρίου 1862 έφτασαν σε ύψος 8.338 μ., όπου κινδύνεψαν να πεθάνουν από έλλειψη οξυγόνου. Στις 15 Απριλίου 1875 οι Τισαντιέρ, Σιβέλ και Κρος Σπίνελ έφτασαν σε ύψος 8.600 μ., όπου πέθαναν όλοι εκτός από τον Τισαντιέρ, που έμεινε κουφός για όλη του τη ζωή. Στις 4 Ιουλίου 1896 ο Αντρέ αναχώρησε από τη Σπιτσβέργη για το Βόρειο Πόλο, αλλά δεν ξαναγύρισε. Το 1901 οι Γερμανοί Μπένσον και Σιούριγκ παρέμειναν σε ύψος 10.500 μ. με ειδικές μάσκες. Το 1908 ο Ελβετός Σακ παράμεινε στον αέρα 73 ώρες και 47 λεπτά και το 1913 οι Γάλλοι Ρενέ Ραμπελμάγιερ και Γκόλντσμιτ διάνυσαν απόσταση 2.400 χλμ. σε 41 ώρες.
Παράλληλα με το αερόστατο αναπτύχτηκε και το αλεξίπτωτο ως μέσο σωτηρίας σε περίπτωση βλάβης. Πρώτος το χρησιμοποίησε ο Γκαρνερίν το 1797, που κατέβηκε μ’ αυτό από ύψος 1.000 μ. Το 1895, δηλ. έναν αιώνα αργότερα ο Καπάτζο και η Ντυ Γκαστ κατέβηκαν από ύψος 4.000 μ. Εξέλιξη του αερόστατου ήταν τα πηδαλιουχούμενα αερόπλοια.
Σήμερα η χρήση μοντέρνων χειροποίητων υφασμάτων και πετρελαίου σε φιάλες αποτέλεσε λύση σαφώς πιο πρακτική και μακράς διαρκείας , σε σχέση με τα υλικά που είχαν αρχικά χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή του αερόστατου, αλλά και για την παραγωγή θερμότητας από τους Montgolfier. Το αερόστατο θερμού αέρα είχε ξαναγεννηθεί και σήμερα η χρήση του ξεπερνά την αντίστοιχη αυτών με υδρογόνο ή Ήλιο, με ποσοστό 500/1.
[Επεξεργασία] Λειτουργία
ΑΝΟΔΟΣ: Το μπαλόνι στα αερόστατα πρέπει να είναι μεγάλο, για να εκτοπίζει μεγάλη ποσότητα αέρα και να δημιουργεί αρκετή άνωση, ώστε το καλάθι και οι επιβάτες να αιωρούνται. Το αερόστατο λειτουργεί ακριβώς αντίστροφα από τα υποθαλάσσια σκάφη. Κάτω από το μπαλόνι ο καυστήρας θερμαίνει τον αέρα στο εσωτερικό του μπαλονιού. Ο αέρας διαστέλλεται, περίπου το ¼ της ποσότητάς του διαφεύγει από την ανοιχτή βάση του μπαλονιού, και η συνολική πυκνότητά του καθώς μειώνεται γίνεται μικρότερη από την άνωση και το αερόστατο υψώνεται.
Ο καυστήρας λειτουργεί με καύσιμο το υλικό προπάνιο. Θερμαίνει τον αέρα του μπαλονιού με θερμοκρασία 1000 ο C.
ΚΑΘΟΔΟΣ: Όταν η λειτουργία του καυστήρα σταματά, ο αέρας στο περίβλημα ψύχεται. Καθώς συστέλλεται, από τη βάση του μπαλονιού μπαίνει στο διαθέσιμο χώρο και άλλος αέρας, αυξάνοντας τη συνολική πυκνότητα. Τώρα η άνωση δεν είναι πια αρκετή και το αερόστατο κατεβαίνει. Το αερόστατο θερμού αέρα μπορεί μόνο να αιωρείται και να κινείται παράλληλα με τον άνεμο. Για να το κρατήσουμε σε σταθερό ύψος χρησιμοποιούμε τον καυστήρα με διακοπές.
[Επεξεργασία] Αρχές λειτουργίας
Αρχή του Αρχιμήδη : Η άνωση ενός αντικειμένου είναι ίση με την ποσότητα του νερού που εκτοπίζει. Ο Αρχιμήδης ανακάλυψε την αρχή αυτή ενώ βρισκόταν στην μπανιέρα του. Διαπίστωσε ότι η ποσότητα του νερού που ξεχείλιζε και χυνόταν στο πάτωμα είχε τον ίδιο όγκο με το σώμα του, το οποίο και έσπρωχνε το νερό έξω από την μπανιέρα. Ήταν τόσο ενθουσιασμένος που πήδηξε έξω φωνάζοντας «Εύρηκα, εύρηκα». Το νερό πραγματικά μετατοπίζεται όταν ένα ξένο σώμα εισχωρεί μέσα του. Στην πραγματικότητα όμως δεν φεύγει τελείως. Παραμένει γύρω από το αντικείμενο και το σπρώχνει προς τα πάνω για να το στηρίξει. Αυτή είναι η Άνωση. Αν τα καταφέρει το αντικείμενο επιπλέει.
Τα αντικείμενα μπορούν να επιπλέουν όχι μόνο στο νερό, αλλά και στον αέρα. Τότε λέμε ότι τα αντικείμενα αιωρούνται. Έτσι τα αερόστατα αιωρούνται για τον ίδιο λόγο που επιπλέει μια βάρκα στο νερό. Μόνο που σ΄αυτή την περίπτωση, η άνωση είναι ίση με το βάρος του αέρα που εκτοπίζεται. Αν, λοιπόν, το συνολικό βάρος του αερόστατου, του αέρα που περιέχει και των επιβατών του είναι μικρότερο της άνωσης, τότε το αερόστατο θα πέσει. Δεν είναι όμως το βάρος που καθορίζει αν ένα αντικείμενο θα επιπλεύσει ή θα αιωρηθεί. Αυτό καθορίζεται από την πυκνότητα και όχι το βάρος.
Πυκνότητα : Για να βρούμε την πυκνότητα ενός αντικειμένου αρκεί η διαίρεση του βάρους του προς τον όγκο του. Κάθε ουσία έχει συγκεκριμένη πυκνότητα που εξαρτάται από τη θερμοκρασία (όταν η ουσία γίνεται ψυχρότερη ή θερμότερη η πυκνότητα αλλάζει ανάλογα). Όταν όμως εξετάζουμε ένα κούφιο αντικείμενο όπως το αερόστατο, αρκεί η συνολική του πυκνότητα να είναι μικρότερη του αέρα.
[Επεξεργασία] Περιβαλλοντικές επιπτώσεις
Το αερόστατο θερμού αέρα είναι φιλικό στο περιβάλλον. Βέβαια μεγάλος φόβος υπάρχει για το αερόστατο υδρογόνου γιατί σε περίπτωση βλάβης ή ατυχήματος στον μηχανισμό του καυστήρα υπάρχει κίνδυνος μόλυνσης σε αρκετή έκταση από το σημείο του ατυχήματος. Αυτή η απειλή έχει αντιμετωπιστεί τοποθετώντας βαλβίδες ασφαλείας υψηλής πίεσης .
[Επεξεργασία] Πηγές
[Επεξεργασία] Βιβλία
- Εγκυκλοπαίδεια Δομή
- Εγκυκλοπαίδεια Πάπυρος Λαρούς Μπριτάνικα
- Εκδόσεις Άγκυρα
- Εκδόσεις Πατάκη