Im Jahr 1783 stiegen in Paris erstmals Menschen mit einem Heißluftballon auf. Die Brüder Joseph und Étienne de Montgolfier haben ihn erfundenen, deshalb nennt man Heißluftballone auch Montgolfieren. Nur wenige Tage später startete, ebenfalls in Paris, der erste mit Wasserstoff gefüllte Ballon. Erbauer: Jacques Alexandre César Charles.
Das erste lenkbare Luftschiff, ein langgestreckter Gasballon mit einem Propeller, der von einer 3 PS starken Dampfmaschine angetrieben wurde, startete im Jahr 1852, wieder in Paris. Henri Giffard hat es konstruiert.
Wie funktionieren Ballone und Luftschiffe?
Ballone und Luftschiffe schwimmen im Luftmeer wie Fische im Wasser. Flugzeuge müssen sich bewegen, um oben zu bleiben – Ballone und Luftschiffe nicht.
Das liegt daran, dass der Druck im Wasser / in der Luft umso größer wird, je mehr Wasser / Luft man über sich hat, also je weiter unten man ist. Das Wasser / die Luft drückt dadurch etwas weniger auf die Oberseite als auf die Unterseite – dieser Unterschied trägt den Fisch / den Ballon.
Vor 2000 Jahren entdeckt
Schon vor über 2000 Jahren hat der berühmte griechische Physiker, Mathematiker, Erfinder Archimedes herausgefunden: Ein Gegenstand schwebt im Wasser, wenn er das gleiche Gewicht hat wie die Wassermenge, welche er verdrängt hat (d.h. deren Platz er eingenommen hat):
Ist er leichter als das verdrängte Wasser, dann steigt er; ist er schwerer, dann sinkt er. In der Luft ist das genauso!
Aber wie soll das denn funktionieren???
Luft ist doch so leicht!
Der Trick: Der schwere Gegenstand – der Ballon – wird mit einer großen Menge von einem Gas gefüllt, das viel leichter ist als die Luft, z.B. mit Wasserstoff oder mit Helium. Oder auch mit heißer Luft, die leichter ist als kalte Luft.
Damit erreicht man:
- Der Ballon verdrängt sehr viel Luft, weil er so groß ist, und
- der Ballon wird leicht, weil sich sein Gewicht aus dem Gewicht der Ballonhülle mit Ballonkorb und allem Zubehör, dem Gewicht der Insassen, aber vor allem dem Gewicht der großen Menge des superleichten Gases zusammensetzt.
Damit wäre Archimedes zufrieden:
Der Ballon hat nun das gleiche Gewicht wie die Luft, welche er verdrängt hat. Er schwebt!
Ein paar interessante Zahlen:
Ein Kubikmeter Luft wiegt bei einer Temperatur von 20 °C etwa 1200 g *, bei einer Temperatur von 100 °C aber nur 930 g. Ein Kubikmeter Wasserstoff wiegt bei einer Temperatur von 20 °C sogar nur etwa 84 g, und ein Kubikmeter Helium etwa 166 g. (Diese Werte gelten in der Nähe der Erdoberfläche.)
Daraus kann man folgern:
- Mit Wasserstoff oder Helium kann man das Gewicht eines Ballons samt seiner Insassen und allem Zubehör eher ausgleichen als mit heißer Luft, also:
- Heißluftballons (der bunte Ballon im Bild) muss man viel größer bauen als Wasserstoffballons (der weiße) !
* Zum Vergleich: Ein Kubikmeter Wasser wiegt 1 000 000 g = 1000 kg = 1 t .
Kann man Ballone steuern?
Nur nach oben oder unten!
Im Gasballon nehmen die Piloten Sand als Ballast mit. Werfen sie ein bisschen davon ab, wird der Ballon leichter und steigt. Um zu fallen, müssen sie etwas Gas ablassen; dafür ist oben an der Ballonhülle ein Ventil angebracht, das sie mit einem Seil öffnen und schließen können.
Beim Heißluftballon kann man mit dem Gasbrenner die Luft in der Hülle weiter aufheizen, dann wird die Luft im Ballon leichter und der Ballon steigt. Kühlt die Luft ab, oder lässt man durch das Ventil oben in der Hülle ein bisschen von der heißen Luft entweichen, dann fällt er.
Und was nützt das?
Der Wind weht in unterschiedlichen Höhen oft in unterschiedliche Richtungen. Die Ballonfahrer erfragen vor ihrer Fahrt beim Wetterdienst die Windrichtungen, und während der Fahrt schätzen sie die Windrichtung in anderen Flughöhen anhand der Bewegungen der Bäume, der Wolken, anderer Ballone. Oft haben sie kleine Ballone dabei, die sie aus ihrem Korb aufsteigen lassen; dann beobachten sie, wohin die kleinen Ballone sich bewegen. Dann lassen sie ihren Ballon steigen oder fallen, um sich vom Wind in eine andere Richtung, schneller oder langsamer treiben zu lassen.
Ballone sind natürlich nicht dafür geeignet, um von einem Ort gezielt zu einem anderen Ort zu reisen. Trotzdem versuchen Ballonpiloten zum Beispiel in Wettbewerben, auf diese Weise vorgegebene Ziele anzusteuern und andere Aufgaben zu lösen – was den Spitzensportlern oft auch punktgenau gelingt!
Aber hauptsächlich gehen Ballonfahrer einfach nur in die Luft, weil es so wunderschön ist!
Luftschiffe
Für Luftschiffe gelten die gleichen physikalischen Gesetze. Luftschiffe haben aber Motoren und Propeller, die sie antreiben. Wenn sie sich in der Luft vorwärts bewegen sind sie mit Ruderflächen ähnlich wie Flugzeuge steuerbar.
Ihre Stromlinienform verringert den Luftwiderstand.
Diese Stromlinienform erhalten sie
- durch eine Hülle, die in der gewünschten Form geschneidert ist und prall aufgeblasen wird (Prallluftschiff oder Blimp genannt) oder
- durch ein Gerüst, das von einer Hülle überzogen wird, in der dann Ballons mit dem leichten Gas untergebracht werden (Starrluftschiff oder Zeppelin) oder
- durch eine Kombination von beidem (Prallluftschiff mit einem Stützgerüst in der Hülle: Halbstarres Luftschiff).
Luftschiffe wurden früher zu militärischen Zwecken, zum Transport von Passagieren und zu wissenschaftlichen Zwecken eingesetzt. Heutzutage dienen Luftschiffe für Rundfahrten zum Vergnügen der Passagiere, aber auch bei wissenschaftlichen Unternehmen z.B. als ruhiger und ausdauernder Träger von Messinstrumenten oder für Beobachtungen aus der Luft.
1938: Zeppelin LZ 130 „Graf Zeppelin“, das größte jemals gebaute Luftschiff, über dem Schloss Johannisburg in Aschaffenburg.
LZ 130 war 245 m lang, 41 m dick, bis zu 220 t schwer, 135 km/h schnell, und konnte 12000 km weit fahren.
Der Zeppelin NT ist ein modernes, halbstarres Luftschiff, 75 m lang. Er wird seit 1997 in kleiner Stückzahl in Friedrichshafen gebaut. Man nutzt diese Luftschiffe für Rundfahrten für Touristen, aber auch für Forschungs- und Überwachungsaufgaben (mehr Infos finden Sie hier).
Fliegen oder Fahren?
Ballonfahrer achten sehr darauf, dass man bei Ballonen und Luftschiffen nicht vom Fliegen, sondern vom Fahren spricht:
- Fliegen wie die Vögel, das tun die Flugzeuge, die schwerer sind als Luft und die Bewegung brauchen, um den nötigen Auftrieb zu bekommen.
- Fahren wie Schiffe – das passt zu Ballonen und Luftschiffen, die so schwer sind wie die (von ihnen verdrängte) Luft und auch oben bleiben, ohne sich zu bewegen!
Na ja, das moderne Luftschiff Zeppelin NT ist ein bisschen schwerer als Luft – der zusätzliche Auftrieb, der noch zum Aufsteigen und Obenbleiben nötig ist, wird von den Propellern und beim Vorwärtsfahren durch die Luft erzeugt, die das Luftschiff umströmt. Verzeihen wir es also den Textern, die auf der Internetseite https://zeppelinflug.de/de vom Fliegen statt vom Fahren schreiben …
Man spricht ja auch von Luftfahrt, wenn man das ganze Geschehen am Himmel betrachtet!
Und Ballon- und Luftschifffahrer in anderen Ländern machen keinen Unterschied zwischen Ballonen, Luftschiffen, Flugzeugen … alle fliegen!