Khinh khí cầu hoạt động như thế nào?

Nổi tiếng từ rất lâu, song khinh khí cầu luôn được coi là một phương tiện di chuyển khá phi thực tế, vì ít ai thực sự cần đi đến một nơi nào đó bằng khinh khí cầu. Đơn giản vì tốc độ bay rất chậm, cũng như phụ thuộc rất nhiều vào hướng gió của loại phương tiện này.

Nhưng nếu bạn chỉ muốn tận hưởng trải nghiệm lơ lửng trên không, thì đây có lẽ là điều vô cùng thú vị. Nhiều du khách từng mô tả việc được bay trên khinh khí cầu là một trong những hoạt động thú vị, thanh thản nhất mà họ từng trải qua.

Nguyên lý hoạt động của khinh khí cầu

Khinh khí cầu hoạt động dựa trên một nguyên lý khoa học rất cơ bản: khí nóng bay cao hơn khí lạnh.

Sở dĩ có điều này là bởi khí nóng có khối lượng nhỏ hơn trên cùng một đơn vị thể tích so với khí lạnh. Cụ thể, 1 foot khối không khí (tương đương 0,028 mét khối) nặng trung bình khoảng 28 gram. Tuy nhiên khi làm nóng khối không khí này lên 37 độ C, nó chỉ nặng khoảng 7g.

Phần bóng của một khinh khí cầu thường được làm bằng vải nylon, gia cố bằng vải may sẵn. Đây là vật liệu hoàn hảo cho khinh khí cầu, vì nó có trọng lượng nhẹ, chắc chắn, và nó không dễ chảy như các vật liệu khác khi tiếp xúc ở nhiệt độ cao.

Một bệ đốt được đặt bên dưới bóng, sử dụng nhiên liệu là khí propane, được lưu trữ ở dạng lỏng nén trong các xi lanh đặt trong giỏ khí cầu. Khi phi công đốt lửa, ngọn lửa sẽ làm nóng không khí bên trong quả bóng. Quả bóng bắt đầu phình to lên, kéo theo chiếc giỏ và mọi người bên trong bay lên.

Phi công điều khiển khí cầu thế nào?

Việc điều khiển khinh khí cầu đòi hỏi kỹ năng, nhưng nhìn chung, điều này khá đơn giản.

Để nâng khí cầu, phi công xoay một núm điều khiển để mở van chứa propane, khiến dòng khí tăng lên, và ngọn lửa lớn hơn. Thao tác này khá giống khi chúng ta điều khiển một chiếc bếp gas.

Ngoài ra, nhiều khinh khí cầu có bộ điều khiển mở van propane thứ hai. Van này dẫn propane qua một ống dẫn đi qua các cuộn dây làm nóng, cho phép phi công đốt cháy propane lỏng, thay vì ở dạng khí, tạo ra ngọn lửa yếu hơn, nhưng êm hơn nhiều so với việc đốt khí.

Khinh khí cầu còn có một sợi dây để mở van dù phía trên quả bóng. Khi phi công kéo sợi dây, không khí nóng thoát ra khỏi vỏ bọc, làm giảm nhiệt độ không khí nóng bên trong, giúp khí cầu bay chậm lại. Nếu họ mở quá lâu, khinh khí cầu sẽ hạ độ cao.

Về cơ bản, đây là những điều khiển duy nhất trên một khinh khí cầu. Điều này đặt ra một câu hỏi thú vị: Nếu phi công chỉ có thể di chuyển khinh khí cầu lên và xuống, thì làm thế nào để họ đưa khinh khí cầu từ nơi này đến nơi khác?

Trong không khí có rất nhiều luồng gió hỗn tạp thổi theo các hướng khác nhau, và ở mỗi độ cao khác nhau. Để di chuyển theo một hướng cụ thể, phi công điều chỉnh khí cầu lên và xuống đến mức thích hợp, và lựa theo hướng gió để tiến về phía trước.

Vì tốc độ gió thường tăng lên khi bạn lên cao hơn trong khí quyển, nên phi công cũng có thể điều khiển tốc độ ngang bằng cách thay đổi độ cao.

Tất nhiên, ngay cả phi công kinh nghiệm nhất cũng không thể kiểm soát hoàn toàn đường bay của khinh khí cầu. Thông thường, điều kiện gió cung cấp cho phi công rất ít lựa chọn, và họ không thể thực sự lái khinh khí cầu theo một lộ trình chính xác.

Trên thực tế, rất hiếm khi bạn có thể lái khinh khí cầu trở lại điểm xuất phát của mình. Không giống như lái máy bay, việc lái khinh khí cầu phần lớn là tùy cơ ứng biến, và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết.

Thế nên đối với một số khinh khí cầu ở các khu du lịch, thường có dây thừng cột nối đất để tránh việc khí cầu bay quá xa khỏi khu vực mà chúng hoạt động.

Lịch sử của khinh khí cầu

Ý tưởng cơ bản đằng sau khinh khí cầu đã có từ rất lâu. Archemedes, một trong những nhà toán học vĩ đại nhất thời Hy Lạp cổ đại đã tìm ra nguyên lý của lực nổi cách đây hơn 2.000 năm, và rất có thể đã hình thành nên những ý tưởng về cỗ máy bay, được nâng lên bởi lực nổi.

Vào thế kỷ 13, nhà khoa học người Anh Roger Bacon và nhà triết học người Đức Albertus Magnus đều đưa ra các giả thuyết về máy bay dựa trên nguyên lý này.

Năm 1783, hai anh em nhà Montgolfier lần đầu tiên thử nghiệm mô hình này với một khinh khí cầu có thiết kế rất giống với ngày nay, nhưng thay vì sử dụng khí propane, họ cung cấp năng lượng cho mô hình của mình bằng cách đốt rơm rạ, phân và các vật liệu khác.

Một con cừu, một con vịt và một con gà đã là những "hành khách" trên chuyến bay trình diễn đầu tiên của khinh khí cầu vào ngày 19/9/1783, trước sự chứng kiến của Vua Louis XVI.

Hai tháng sau, Marquis Francois d'Arlandes, một thiếu tá bộ binh và Pilatre de Rozier, một giáo sư vật lý, đã là những người đầu tiên được nhấc đôi chân lên khỏi mặt đất.

Khinh khí cầu có động cơ đầu tiên được chế tạo thành công vào năm 1852 tại Pháp bởi Henri Giffard. Ông đã tạo ra một động cơ hơi nước nặng 160 kg, đủ để đẩy một cánh quạt lớn ở tốc độ 110 vòng/phút, và nâng trọng lượng của toàn bộ khinh khí cầu chứa bên trong là khí hydro, đi được quãng đường khoảng 30 km.

Khởi điểm như một dự án đầy tiềm năng và tham vọng, nhưng đến năm 1800, khinh khí cầu trở nên ít được ưa chuộng, chủ yếu do tai nạn dẫn đến cái chết của Pilatre de Rozier khi ông cố gắng vượt qua eo biển Manche bằng khinh khí cầu.

Mãi đến những năm 1960, khinh khí cầu truyền thống đã có thời kỳ phục hưng, do một người đàn ông có tên là Ed Yost và công ty Raven Industries của ông đã biến ý tưởng này thành một thiết bị thể thao. Ông bổ sung thêm hệ thống đầu đốt propane, sử dụng vật liệu làm vỏ bọc mới, và thêm vào nhiều tính năng an toàn quan trọng.

Các công ty khác cũng nhanh chóng mọc lên, khi ngày càng có nhiều người tham gia vào hoạt động kinh doanh. Việc chế tạo khinh khí cầu công nghệ cao cho các chuyến đi vòng quanh thế giới thậm chí còn trở thành "mốt" trong giới triệu phú.

Trong những năm qua, các nhà thiết kế đã liên tục sửa đổi khinh khí cầu, thêm vào các vật liệu mới và các tính năng an toàn, cũng như phát triển các hình dạng cầu khí đầy sáng tạo. Một số nhà sản xuất đã tăng kích thước giỏ và khả năng chịu tải, cho phép khinh khí cầu có thể chứa tới 20 hành khách.

Dẫu vậy, thiết kế cơ bản của khinh khí cầu vẫn là phiên bản sửa đổi của Yost so với ý tưởng ban đầu của anh em nhà Montgolfier. Công nghệ vượt trội này đã khiến du khách trên toàn thế giới say mê.

Các tour du lịch khinh khí cầu dần trở thành là một hoạt động kinh doanh trị giá hàng triệu USD, nối tiếp theo là các cuộc đua khinh khí cầu và các sự kiện thú vị khác tiếp tục thu hút rất đông khán giả và người tham gia.