気球（航空）

乗客を乗せた最初の気球は、浮力を得るために熱気を利用し、 1783年にフランスのアノネーでジョセフとエティエンヌのモンゴルフィエ兄弟によって建造されました。最初の旅客飛行は1783年9月19日に行われ、羊、アヒル、ニワトリが乗せられました。

係留された有人気球による最初の飛行は、おそらく1783年10月15日に、大型のモンゴルフィエ気球によって行われた。自由飛行による最初の気球飛行は、同じモンゴルフィエ気球によって1783年11月21日に行われた。

空気は加熱されると膨張するため、同じ体積の空間に含まれる空気の量は少なくなります。そのため空気は軽くなり、その揚力が気球の重量よりも大きければ、気球は上昇します。熱気球は、バーナーに燃料を供給して空気を十分に高温に保つ間だけ、空中に留まることができます。

モンゴルフィエ兄弟が初期に開発した熱気球は固体燃料の火鉢を使用していたが、これはほぼ直後に登場した水素気球に比べて実用性に劣ることが判明し、熱気球は間もなく衰退した。

1950年代には、ボトル入りガスバーナーの利便性と低価格化により、スポーツやレジャーとしての熱気球飛行が復活した。

熱気球の高さは、必要に応じてバーナーの火力を上げたり下げたりすることで制御されます。これは、ガス気球とは異なり、気球が低くなりすぎた場合にバラストウェイトを投下したり、着陸するためにバルブを通して浮力ガスの一部を排出したりする必要はありません。

浮力に軽い水素ガスを使用した有人気球は、ジャック・シャルル教授によって製作され、モンゴルフィエの飛行から1か月も経たない1783年12月1日に飛行した。ガス気球は同じ体積でより大きな揚力を生み出すため、それほど大きくする必要がなく、また熱気球よりもはるかに長く浮遊できるため、ガス気球はその後200年間、気球飛行の主流となった。19世紀には、気球に充填するために製造された都市ガス（石炭ガス）を使用するのが一般的だった。これは純粋な水素ガスほど軽くなく、揚力は約半分だったが、はるかに安価で入手しやすかった。

軽ガス気球は、より高い高度に長時間到達できるため、科学用途で広く用いられています。一般的に、気球にはヘリウムが充填されます。水素はヘリウムよりも揚力は高いものの、酸素を多く含む大気中では爆発しやすい性質があります。ごく一部の例外を除き、科学気球ミッションは無人で行われます。

軽ガス気球には、無圧気球と過圧気球の2種類があります。無圧気球は、軽ガス気球の伝統的な形態です。打ち上げ前に軽ガスを部分的に注入し、気球の内外のガス圧を均一にします。無圧気球が上昇するにつれて、ガスが膨張して無圧状態を維持し、気球の外皮が膨らみます。

夜間、無圧気球内のガスは冷却・収縮し、気球は沈下します。無圧気球は、高度が高くなりすぎて膨張したガスが気球の外皮を破裂させる恐れがある場合、ガスを放出するか、高度が低くなりすぎた場合はバラストを放出することでしか高度を維持できません。ガスとバラストの損失により、無圧気球の飛行時間は数日に制限されます。

一方、超高圧気球は、丈夫で弾力性のない外皮を持ち、外部の大気圧よりも高い圧力まで軽いガスが充填され、その後密封されます。超高圧気球は大きくサイズを変えることができないため、体積はほぼ一定に保たれます。超高圧気球は、大気中で一定密度の高度を維持し、ガス漏れによって徐々に降下するまで飛行を続けることができます。^{[ 3 ]}

超高圧気球は、数日ではなく数ヶ月の飛行持続時間を実現します。実際、通常の運用では、地上からの超高圧気球ミッションは、ガスの自然漏出によって終了するのではなく、地上管制からの気球の展開命令によって終了します。

高高度気球は、気象観測気球などの科学機器を運搬したり、地球の映像や写真を撮影するために宇宙に近い高度に到達したりするための高高度飛行体として使用されます。これらの気球は10万フィート（30.5  km）以上の高度まで飛行でき、設定された高度で破裂し、パラシュートが展開してペイロードを安全に地球に持ち帰るように設計されています。^{[ 4 ]}

クラスターバルーニングは、多数の小型ガス入り気球を使用して飛行する方式です。

初期の熱気球は燃料を大量に消費するため長時間飛行することができず、初期の水素気球は飛行士がガスを排出したりバラストを投下したりできる回数が限られていたため、思い通りに高度を上げたり下げたりすることが困難でした。ピラートル・ド・ロジエは、イギリス海峡横断のような長距離飛行では、飛行士は高度によって異なる風向を利用する必要があることに気づきました。そのため、長時間飛行できると同時に高度を適切に制御できることが不可欠でした。彼は2つのガス袋を持つ複合気球、ロジエ気球を開発しました。上側のガス袋には水素が充填され、安定した揚力の大部分を供給しました。下側のガス袋には熱気が入っており、高度を適切に制御するために、素早く加熱または冷却して揚力を変化させることができました。

1785年、ピラートル・ド・ロジエはドーバー海峡横断飛行に挑戦したが、飛行開始直後に水素ガスの入った袋が発火し、ド・ロジエは事故で命を落とした。この出来事により、ド・ロジエは「最初に飛行した者、そして最初に死んだ者」という異名を得た。

ロジエ型機の安全な運用を可能にする技術が開発されたのは1980年代になってからのことであり、例えば、不燃性のヘリウムを浮揚ガスとして使用するなどの方法が開発され、いくつかの設計で長距離飛行が成功している。

自由飛行の代替手段として、気球を係留することで、同じ場所で確実に離着陸させることができる。初期の気球飛行の中には、安全のために係留されたものもあり、それ以来、軍事観測や空中砲撃、気象観測、商業利用など、さまざまな目的で気球が係留されてきた。

風船の本来の球形は、強風下では不安定になります。風の強い状況で使用する係留気球は、空気力学的形状を工夫したり、係留索にホルター状の装置で接続したりすることで安定化させることがよくあります。これらはカイトバルーンと呼ばれます。

凧型気球は、揚力の一部を空気力学的に得るカイトゥーンとは異なる。

無人熱気球は中国の歴史に登場します。三国時代（西暦220～280年）の蜀漢王国の諸葛亮は、軍事信号として空中灯を使用しました。これらの灯は孔明灯（孔明灯）として知られています。^{[ 5 ] [ 6 ]}モンゴル軍は中国から孔明灯について学び、モンゴルによるポーランド侵攻時のレグニツァの戦いで使用しました。 ^{[ 7 ]} ポーランドの貴族で科学者のティトゥス・ボラティニは、著書「飛行は不可能ではない、これまで一般的に信じられていたように」の中で、空気より軽いガスを使用した飛行の概念を発表しました。^{[ 8 ]} 1709年、ブラジル系ポルトガル人の聖職者バルトロメウ・デ・グスマンは、リスボンの部屋の中で加熱した空気を詰めた気球を浮かせた。1709年8月8日、リスボンで、グスマンは紙製の小さな気球を熱風で約4メートル持ち上げ、国王ジョアン5世とポルトガル宮廷の人々の前で成功させた。 ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}彼はまた、パッサローラ（大きな鳥）という名前の気球を作り、リスボンのサン・ジョルジュ城から飛び立ち、約1キロメートル離れた場所に着陸しようとしたと主張した。しかし、この偉業の主張は不確かなままであり、 FAIが使用した資料にはこの飛行の記録があるものの、飛行の正確な距離と条件は確認されていない。^{[ 15 ]}

ヘンリー・キャベンディッシュが1766年に水素に関する研究を行ったことを受け、ジョセフ・ブラックは水素を充填した気球が空中に上昇できると提唱した。

記録に残る最初の有人飛行は、 1783年11月21日にモンゴルフィエ兄弟が作った熱気球で行われた。^{[ 15 ]}飛行はパリから始まり、約500フィートの高さに達した。パイロットのジャン＝フランソワ・ピラートル・ド・ロジエとフランソワ・ローラン・ダルランドは、25分で約5.5マイル（8.9km ）を飛行した。 

1783年12月1日、ジャック・シャルル教授とロベール兄弟は、パリから史上初のガス気球飛行を行った。水素を充填した気球は高度約600 メートルまで上昇し 、2時間以上滞空して43 キロメートルを飛行し、ネスル・ラ・ヴァレ という小さな町に着陸した。

イタリア初の気球飛行は、 1784年2月25日にパオロ・アンドレアニ伯爵と他の2人の乗客が、ゲルリ三兄弟が設計・製作した気球に乗って行った。数日後の1784年3月13日、ブルゲリオで公開デモンストレーションが行われ、気球は高度1,537 メートル（5,043 フィート）、距離8 キロメートル（5.0 マイル）まで飛行した。^{[ 16 ]} 3月28日、アンドレアニはスカラ座でスタンディングオベーションを受け、後に神聖ローマ皇帝ヨーゼフ2世からメダルを授与された。

ド・ロジエは、ジョゼフ・プルーストとともに、1784年6月23日にモンゴルフィエ兄弟が最初に作った気球を改良した「ラ・マリー・アントワネット」号（王妃にちなんで名付けられた）で、再び飛行を行った。彼らはフランス国王とスウェーデン国王グスタフ3世の前で離陸した。気球は雲の上、高度約3,000メートルで北へ向かい、45分で52キロメートルを飛行したが、寒さと乱気流のため、シャンティイの森近くのコイエとオリー・ラ・ヴィルの間のリュザルシュ 付近で降下を余儀なくされた。

イギリスにおける最初の気球飛行は、1784年8月25日にスコットランドのエディンバラで、ジェームズ・タイトラーによって熱気球で行われた。

世界初の航空機事故は1785年5月に発生した。アイルランドのオファリー州タラモアの町で、気球の墜落により火災が発生し、約100軒の家屋が焼失した。この事故により、タラモアは世界初の航空事故の現場となった。現在でも、町の紋章には灰の中から蘇る不死鳥が描かれている。

これらの初期の飛行の後、気球に関する初期の著作がいくつか出版され、気球の建造、運用、航行を指すのに、現在では廃れた用語であるエアロステーションが使用されました。ティベリウス・カヴァッロの『エアロステーションの歴史と実践』は1785年に出版されました。^{[ 17 ]}劇作家フレデリック・ピロンは1785年に『エアロステーション』という戯曲を書きました。 ^{[ 18 ]}他にもこの主題に関する書籍が出版され、モンク・メイソンによるものを含め、同様にエアロステーションと呼ばれています。^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

ジャン＝ピエール・ブランシャールは、オーストリア領ネーデルラント、ドイツ、オランダ、ポーランドなどの国々で初の気球飛行の記録を樹立するためにヨーロッパを巡った後、1793年1月9日にアメリカで初の有人気球飛行を成し遂げた。彼の水素を充填した気球は、ペンシルベニア州フィラデルフィアの刑務所の中庭から離陸した。飛行は5,800 フィート （1,770 メートル）に達し、ニュージャージー州グロスター郡に着陸した。ジョージ・ワシントン大統領も離陸を見守るゲストの一人だった。ジャン＝ピエールの妻であるソフィー・ブランシャールは、自分の気球を操縦した最初の女性であり、気球操縦を職業とした最初の女性だった。^{[ 23 ]}

1804年9月29日、アブラハム・ホップマンはオランダで気球飛行に成功した最初のオランダ人となった。^{[ 24 ]}

ガス気球は1790年代から1960年代にかけて最も一般的なタイプとなった。1795年のフランス軍の観測気球「ラントレピド」はヨーロッパで現存する最古の航空機であり、ウィーンの陸軍史博物館に展示されている。ジュール・ヴェルヌは、水素気球に乗って漂流した体験を描いたノンフィクションの短編小説を1852年に発表した。^{[ 25 ]}

オーストラリアで記録された最初の気球飛行の成功例は、1858年にウィリアム・ディーンが行ったものです。彼の気球はガスで満たされており、 2人が乗って30km飛行しました。^{[ 26 ]} 1870年1月5日、T・ゲイルはシドニーのドメインから上昇しました。彼の気球は長さ17メートル、周囲31メートルで、網に座ったゲイルは約1マイル上昇した後、グリーブに着陸しました。^{[ 27 ]}

アンリ・ジファールは1878年、パリのチュイルリー庭園で乗客用の係留気球を開発した。近代における最初の係留気球は、1994年にフランスのシャンティイ城でエアロファイル社によって製造された。

気球飛行はレジャー活動として発展した。チャールズ・グリーンが、当時都市で使用され始めていた入手しやすい石炭ガスが、特別に製造する必要があった水素の半分の揚力を持つことを発見したことで、気球飛行は大きく発展した。1836年、グリーンはイギリスのロンドンからドイツのヴァイルベルクまで約500マイルの長距離飛行を行った。^{[ 28 ]}

気球が軍事的に初めて使用されたのは、1794年のフルーリュスの戦いで、フランス気球部隊が敵の動きを監視するために「ラントルプレナン」を使用した時だった。1794年4月2日、フランス陸軍に気球部隊が創設されたが、戦場で水素を製造する際に生じる兵站上の問題（炉を建設し、真っ赤に熱した鉄に水をかける必要があった）のため、この部隊は1799年に解散された。

軍事における気球の最初の本格的な使用は、南北戦争中に起こり、1861年に北軍気球部隊が設立された。

パラグアイ戦争（1864～70年）の間、ブラジル軍は観測気球を使用した。

1885年、イギリス王立工兵隊はベチュアナランド遠征とスーダン遠征の際に偵察と観測目的で気球を使用した。イギリスでは1863年にはすでに実験が行われていたが、ケント州メドウェイのチャタムに気球学校が設立されたのは1888年になってからだった。ボーア戦争（1899～1902年）中には観測気球が使用された。11,500立方フィート（330立方メートル^）の気球は22日間膨らませたままにされ、イギリス軍とともにトランスバールまで165マイル行軍した。^{[ 29 ]} 

第一次世界大戦（1914～1918年）中、水素気球は敵部隊の動きを探知し、砲撃を誘導するために広く用いられた。観測員は地上の将校に電話で報告し、将校はそれを必要な者に伝達した。気球は敵機の標的となることも多く、敵気球を攻撃する航空機には、水素に引火させるための焼夷弾が搭載されることが多かった。

航空士バッジは、第一次世界大戦中にアメリカ陸軍によって、資格のある気球操縦士である軍人を示すために制定された。観測気球は第一次世界大戦後も長く使用され続け、露フィンランド戦争、 1939年から1940年の冬戦争、そして1941年から1945年の継続戦争でも用いられた。

第二次世界大戦中、日本軍は数千個の水素「火炎気球」をアメリカとカナダに向けて発射した。アウトワード作戦では、イギリス軍は気球を使って焼夷弾をナチス・ドイツに運んだ。2018年には、ガザ地区からイスラエルに向けて焼夷気球と凧が発射され、イスラエル国内で約12,000ドゥナム（3,000エーカー）が焼失した。^{[ 30 ]}

北朝鮮の自由を訴える韓国政府や民間活動家は、大型のヘリウム風船を使用している。これらの風船は国境を越えて数百キロメートルも漂い、外部からのニュース、違法なラジオ、外貨、衛生用品などの贈り物を運んでいる。北朝鮮の軍関係者はこれを「心理戦」と表現し、風船の放出が続くなら韓国を攻撃すると脅迫している。^{[ 31 ] [ 32 ]}

エド・ヨストは1950年代後半、リップストップナイロン生地と高出力プロパンバーナーを用いて熱気球を改良し、現代の熱気球を生み出した。彼が初めてこの気球で飛行したのは1960年10月22日、ネブラスカ州ブルーニングで、飛行時間は25分、飛行距離は3 マイル （ 5km）だった。ヨストによる熱気球の改良設計は、現代のスポーツ気球運動のきっかけとなった。今日では、熱気球はガス気球よりもはるかに普及している。

1970年代後半、イギリスの熱気球乗りジュリアン・ノットは、 1500年から2000年前にペルーのナスカ文化が利用できたであろう技術を用いて熱気球を製作し、飛行できることを実証した。 ^{[ 33 ]}また2003年にも^{[ 34 ]} 、ノットはナスカ人がナスカの地上絵を設計するための道具としてこれを使用した可能性があると推測している。^{[ 33 ]}ノットはまた、太陽光発電を重要な熱源とするハイブリッドエネルギーの使用を先駆的に行い、1981年にはイギリス海峡を横断した。^{[ 35 ]}

係留式ガス気球は、1999年からパリ、2000年からベルリン、 2005年からディズニーランド・パリ、2005年からサンディエゴ・ワイルド・アニマル・パーク、2009年からオーランドのウォルト・ディズニー・ワールド、そして2006年にはシンガポールのDHLバルーンで遊園地のアトラクションとして設置されている。現代の係留式ガス気球は、 Aerophile SAS社によって製造されている。

スポーツ飛行に使われる熱気球は、企業や製品の宣伝のために特別なデザインで作られることもあり、例えば図に示されているチャブ社の消火器などがその例です。