Ballon

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Heißluftballon

Ein Ballon (gr. βάλλον ballon‚ das Geworfene‘, von βάλλω ballo ‚werfen‘) ist im heutigen Sprachgebrauch eine nicht selbsttragende, gasdichte Hülle, die mit Gas gefüllt ist und über keinen Eigenantrieb verfügt. Als Füllgas wird im Allgemeinen Luft (Heißluftballon, Luftballon) oder ein Traggas wie Helium oder Wasserstoff verwendet (Gasballon). Der Ballon kann in gefülltem Zustand verschlossen sein, wodurch das eingeschlossene Gas auch unter Druck stehen kann. Die gängigen Bauformen bemannter Ballone haben eine Öffnung nach unten. Dadurch kann das leichte Traggas nicht entweichen, aber Druckbelastungen oder Verformungen der Hülle durch Erwärmung des Gases oder beim Ändern der Flughöhe werden vermieden.

Bis in das 20. Jahrhundert wurden Ballone und Luftschiffe auch als Aerostaten bezeichnet. Im Sprachgebrauch werden bemannte Ballone nicht geflogen, sondern gefahren, siehe Ballonfahren#Fahren oder fliegen. Die Besatzungsmitglieder von Ballonen sind die Ballonfahrer und wurden zu Anfang auch „Luftschiffer“ genannt.

Die Aussprache im Hochdeutschen ist [baˈlõ] bzw. [baˈlɔŋ] und variiert im südlichen deutschen Sprachraum: süddt., österr. und schweiz.: [baˈloːn].

Funktionsweise

Erhitzen der Luft im Heißluftballon

Der Ballon steigt auf, da das sich im inneren Teil befindliche Gas (sei es warme Luft oder ein gefangenes Gas) eine geringere Dichte als kalte Luft hat.

Ballongas

Als Ballongas für Kinderballone ist aus Sicherheitsgründen nur das unbrennbare Edelgas Helium zugelassen. Manntragende Ballone (wie auch Luftschiffe) werden jedoch in aller Regel mit Wasserstoff gefüllt, da Helium viel zu teuer wäre. Außerdem ist Helium doppelt so schwer wie Wasserstoff (He hat Atommasse 4, H₂ hat Molekülmasse 2). Auch wenn das nur zu einer Auftriebseinbuße von rund 8 % führt (wichtig ist ja nicht das absolute Gewicht, sondern die Differenz zum Gewicht der Luft), so müsste das Ballonvolumen dennoch vergrößert werden, was die Kosten noch zusätzlich in die Höhe treiben würde. Da Wasserstoff aber brennbar ist, muss vor allem während des Füllvorgangs extrem vorsichtig vorgegangen werden. Dabei gilt nicht nur selbstverständlich ein absolutes Rauchverbot, sondern auch weniger offensichtlichen Gefahrenmomenten wie der elektrostatischen Aufladung muss durch geeignete Sicherheitsvorkehrungen (durch leitfähige Ballonhüllen) Rechnung getragen werden.

Siehe auch: Traggas

Geschichte

Montgolfière

Wasserstoffballon Prof. Charles

Geschichte der Heißluftballone

Nach der geschichtlichen Überlieferung wurden Heißluftballone oder ein Vorläufer davon zum ersten Mal in China von Zhuge Liang (* 181; † 234) eingesetzt. Auf seinen Feldzügen erfand er neben anderen Dingen einen kleinen Heißluftballon, der von einer Kerze getrieben wurde und als Signal diente. Diese Erfindung wird bis heute in China Kong-Ming-Laterne genannt und als eine Art Feuerwerk genutzt. Sie diente zwar vermutlich nie zum Transport von Menschen oder Gütern, ist aber aufgrund ihres Funktionsprinzips der Vorläufer des modernen Heißluftballone und unterscheidet sich von ihm im Wesentlichen nur durch ihre geringere Größe und Verwendung eines Rahmens wie beim Luftschiff.

In Europa beginnt die Geschichte mit den Papierfabrikanten Joseph Michel Montgolfier und seinem Bruder Jacques Étienne Montgolfier. Sie versuchten es zuerst mit Wasserdampf, was nicht funktionierte, und stiegen dann auf Heißluft um. Gemäß einer Anekdote sollen sie eines Tages eine Frau beobachtet haben, die unter der Wäscheleine ein Feuer angezündet hatte, damit die Wäsche schneller trocknet. Dabei soll ihnen aufgefallen sein, dass sich die großen Betttücher nach oben wölbten, obwohl kein Wind ging. Nach vielen Experimenten fanden sie heraus, dass das Feuer die Luft erwärmt hatte, die dann nach oben gestiegen war und die Betttücher aufgebläht hatte.

Am 7., 9. oder 14. Juni 1783 (die Quellenangaben unterscheiden sich hier) ließen sie in Annonay den ersten größeren Ballon vor Publikum steigen. Der Ballon war aus Leinwand und mit Papier abgedichtet. Der Flug soll Berichten nach rund 10 Minuten gedauert haben, wobei der Ballon auf eine Höhe von 1,5 km aufgestiegen sein soll. Da sie keine Naturwissenschaftler waren, gingen sie davon aus, dass es der Rauch sei, der den Ballon zum Steigen bringt. Daher bevorzugten sie stark qualmende Feuer mit Stroh und Schafswolle um die Luft zu erhitzen.

Als König Ludwig XVI. davon erfuhr, forderte er die Brüder auf, ihm diesen Ballon zu demonstrieren. Gleichzeitig erging von ihm der Befehl an die Akademie der Wissenschaften, selber Versuche mit der Luftkugel in Paris durchzuführen.

Geschichte des Gasballons

Ganz anders als die Gebrüder Montgolfier arbeitete Jacques Alexandre César Charles. Da er als Physiker an der Physik des Ballonaufsteigens interessiert war, ging er auf eine ganz andere Weise an das Projekt, welches ihm vom König übertragen worden war. Durch sein Wissen über Gase konnte er deren Eigenschaften nutzen und konstruierte so zusammen mit den Brüdern Anne-Jean Robert und Marie-Noël Robert einen dichten Seidenballon. Diesen füllte er mit Wasserstoffgas.

Der erste erfolgreiche Flug war am 27. August 1783. Der Ballon hatte einen Durchmesser von rund vier Metern und konnte bis zu neun Kilogramm mit sich führen. Der Flug dauerte 45 Minuten und führte vom Pariser Marsfeld bis ins benachbarte Dorf Gonesse. Die Bewohner des Dorfes hielten den Ballon jedoch für ein Ungetüm aus der Hölle und rückten ihm mit Mistgabeln und Sensen auf den Leib. Davon abgesehen konnte Charles den Flug als Erfolg verbuchen, denn er hatte auch bewiesen, dass es nicht der Rauch ist, der den Ballon zum Steigen bringt. Zudem wurde der Wasserstoffgasballon nach ihm Charlière benannt.

Seinen ersten bemannten Flug führte er am 1. Dezember 1783 durch, wobei die Produktion des nötigen Wasserstoffgases aus Eisenspänen und Schwefelsäure fast drei Tage dauerte. Er blieb für zwei Stunden in der Luft und machte dann eine Zwischenlandung im 36 Kilometer entfernten Dorf Nesles-la-Vallée. Danach stieg Charles noch einmal selbst alleine auf. Damit war er der erste Mensch, der alleine in einem Ballon aufstieg. Trotz dieses Erfolges hatte er den Wettstreit mit den Gebrüder Montgolfier verloren – um nur 10 Tage. Doch ganz geschlagen war Charles nicht, denn die Wasserstoffgasballone lösten sehr bald die Montgolfieren ab, da man mit ihnen mehrere Stunden in der Luft bleiben konnte. Den Heißluftballonen gingen hingegen schon nach kurzer Zeit die Brennstoffvorräte aus.

Heißluft-Gas-Hybrid

Es gab zu dieser Zeit auch schon Personen, die sich mit der Kombination der beiden Auftriebsmedien Traggas und Heißluft beschäftigten. So der französische Physiker und erste Ballonfahrer der Welt Jean-François Pilâtre de Rozier. Er entwickelte einen Ballon, der aus einer Kugel mit Wasserstoffgasfüllung bestand, an dessen unterer Seite ein mit Luft gefüllter beheizbarer Zylinder angefügt war. Diese Konstruktionsart mit separaten Bereichen für Heißluft und Gas wird - unabhängig von der Wahl des verwendeten Traggases - bis heute nach ihm benannt (Rozière).

Am 15. Juni 1785 startete er mit solch einem Gefährt von Boulogne-sur-Mer aus mit dem Ziel, den Ärmelkanal zu überqueren. Die Heißluft erwärmte den Wasserstoff aber bald so stark, dass die Gashülle zu zerplatzen drohte. Mittels eines außen auf der Hülle nach oben reichenden Hanfseils konnte Rozier zwar ein Ablassventil betätigen, jedoch entstand Reibungselektrizität auf der Hülle, deren elektrostatische Entladung dann das ausströmende Wasserstoffgas in 900 Metern Höhe entzündete. Während das Gas abbrannte, fiel das Luftfahrzeug noch vor der Küste aufs Festland. Rozier und sein Mitfahrer Pierre Romain verstarben kurz darauf, noch an der Absturzstelle. Damit waren sie die ersten Todesopfer der Luftfahrt. Zu diesem Zeitpunkt hatten auch alle anderen Hybridballone mit konstruktiven Unzulänglichkeiten zu kämpfen und brachten keine nennenswerten Erfolge hervor.

Die Rozièren, die seit den 1970er Jahren Verwendung finden, werden mit unbrennbaren Traggasen befüllt. Während gewöhnliche Heißluftballone einige Stunden und bemannte Gasballone einige Tage fahren können, eignen sich Rozièren insbesondere für mehrwöchige Reisen. Außer Richard Bransons Überquerungen von Atlantik und Pazifik mit riesigen Heißluftballonen, wurden diese Strecken und die beiden erfolgreichen Weltumrundungen nur mit heliumbefüllten Rozièren bewältigt.

Weiterer Verlauf der Geschichte

Kapsel zu Stratosphärenforschung 1930

Französische Offiziere nutzten vor der Schlacht von Fleurus als auch im Juni 1794 in der Schlacht bei Maubeuge einen Ballon zur militärischen Luft-Fernaufklärung.

Die erste deutsche Ballonfahrt unternahm Friedrich Wilhelm Jungius 1805 über Berlin zu wissenschaftlichen Zwecken.

James Glaisher, Vorstand des meteorologischen Institutes von Greenwich und der Ballonpilot Henry Tracey Coxwell erreichten 1862 eine Höhe von 9.000 Meter im offenen Ballonkorb. Sie hatten ein wissenschaftliches Programm vorbereitet, um die Entstehung bestimmter Wettererscheinungen und die Grenze der Lebensfähigkeit des Menschen zu erforschen. Sie hatten weder Sauerstoff noch Druckanzüge an Bord. Beide Forscher fielen zeitweise in Ohnmacht und nur der Umstand, dass der Ballon von selbst zu sinken begann, rettete ihnen das Leben.

Am 4. Dezember 1894 erreicht der Berliner Meteorologe Arthur Berson bei einer Alleinfahrt im Ballon „Phönix“ eine Höhe von 9155 Metern. Diesen Rekord konnte er am 31. Juli 1901 noch einmal übertreffen. Gemeinsam mit Reinhard Süring stieg er im Ballon „Preussen“ auf 10.800 Meter Höhe. Beide Ballonfahrer fielen trotz Sauerstoffatmung in Ohnmacht, aber die Messgeräte registrierten den Luftdruck und damit die Höhe weiter. Die Fahrt trug zur Entdeckung der Stratosphäre im Jahre 1902 bei.

Der mehrfache Gordon-Bennett-Cup-Teilnehmer Hugo Kaulen stellte im Dezember 1913 Weltrekorde auf (2800 Kilometer in 87 Stunden, von Bitterfeld nach Perm/ Uralgebirge). Hans Rudolf Berliner, Alexander Haase und Nikolai legen vom 8.-10. Februar 1914 3053 km zurück. Beide Rekorde halten bis 1976.

Die größte Höhe im offenen Korb in der Geschichte der Ballonfahrt erreichten nach eigenen Angaben – die offizielle Anerkennung blieb aus – der Ballonführer Alexander Dahl, der Meteorologe Dr. Galbas und Walter Popp am 31. August 1933 im Spezial-Höhenballon „Bartsch von Sigsfeld“ mit 11.300 Meter. Alexander Dahl gelang dabei mit einer speziellen Infrarotkamera die erste Aufnahme der Erdkrümmung. Die letzte Höhenfahrt mit dem Ballon „Bartsch von Sigsfeld“ brachte den Meteorologen Martin Schrenk und Victor Masuch am 13. Mai 1934 den Tod.

Erstmals mit luftdicht verschlossener Kabine stieg der Physiker Auguste Piccard 1932 bis auf 16.201 Meter (Luftdruckmessung) und 16.940 Meter (geometrische Messung) Höhe.

Diverse Rekorde brachte das Projekt Manhigh der amerikanischen Air Force 1957/1958, so auch erster Mensch im Weltraum (29.900 m) und höchster Fallschirmsprung (im Zusammenhang mit den ersten Schleudersitzen für Flugzeuge). Das Projekt wurde später durch die NASA weitergeführt und ab Apollo 7 kam das Prinzip der Fallschirme bei den Bremsfallschirmen zum Einsatz.

Im Oktober 1976 stellt Paul Edward Yost neue Rekorde bei seinem Solo-Atlantikflug auf (3.938 km in 107:37 h). Den bemannten Höhen-Rekord hielten von 1961 bis 2012 Malcolm D. Ross und Victor E. Prather, die über dem Golf von Mexiko auf 34.668 Meter Höhe stiegen. Der Österreicher Felix Baumgartner brach diesen Rekord am 14. Oktober 2012, als er mit einem Heliumballon über New Mexico auf 39.045 Meter stieg.

Den Höhen-Weltrekord für unbemannte Ballone hält nach der Ausgabe des Guinness-Buchs von 1991 mit 51,8 Kilometern ein Winzen-Ballon mit einem Volumen von 1,35 Millionen Kubikmetern, der im Oktober 1972 in Chico, Kalifornien, USA, gestartet wurde. Dies ist die größte Höhe, die ein Flugkörper erreicht hat, der zum Fliegen primär auf das Medium Luft angewiesen ist. Nur Raketen, Raketenflugzeuge und Geschosse können größere Höhen erreichen.

Die sowjetische Venussonden Vega 1 und 2 setzten 1984 in der Atmosphäre der Venus zwei Wetterballone aus, die über zwei Tage hinweg vom Mutterschiff verfolgt werden konnten.

2003 bis 2006 wurde in Deutschland der Heißdampfaerostat HeiDAS UH entwickelt. Mittels ausgeklügelter Technik und Material gelingt das Abheben eines Ballons mit 4 Meter Durchmesser in einer Halle.

Arten und Verwendung

Wasserbomben

Pilotballon

Gasballon (AirCrane in Cargolifter-Halle)

Freiballone sind im Gegensatz zu Fesselballonen nicht mit dem Erdboden verbunden. Sie werden vom Wind durch die Luft getrieben.

Kleine Ballone (Volumen einige Liter)

• Luftballon
  • Spielzeug, zum Beispiel Ballonhelikopter, Wasserbombe oder Ballonrakete
  • Dekoration
  • Ballonpost im Rahmen von Ballonwettbewerben und als Träger von Propagandamaterial
• Solarballon
• Kong-Ming-Laterne
• Ballongetragener Lichteffekt
• Gärballon (großes Gefäß aus Glas, auch Weinballon genannt) (Hier trifft obige Definition mit statischem Auftrieb nicht exakt zu.)
• Hebeballone, luftgefüllt und unten offen, heben Lasten unter Wasser bis zur Oberfläche
• Flogo, ein Ballon ohne feste Hülle

Mittlere Ballone (Volumen einige hundert bis 4000 Liter)

• Transport und Abwurf von Brandbomben (im Zweiten Weltkrieg, siehe auch: FUGU-Ballon)
• Transport und Abwurf von Flugblättern (im Zweiten Weltkrieg und im Kalten Krieg)
• Transport von Messgeräten, beispielsweise Wettersonden (siehe: Wetterballon)
• als Fesselballon (zum Beispiel Werbeträger)
• zum Hochschleppen von Drahtantennen für mobile Lang- und Längstwellensender, wie beim Versuchssender GQV 2003.
• Partyballon (kleiner Heißluftballon)
• als Pilotballon zur Messung der Wolkenhöhe sowie der Windrichtung und -geschwindigkeit

Große Ballone (Volumen 2200 bis 12000 Kubikmeter)

• als Fesselballon
  • manntragender Beobachtungsballon (bis zum Zweiten Weltkrieg)
  • Sperrballon zur Abwehr von feindlichen Flugzeugen (Zweiter Weltkrieg)
  • zum Positionieren von Atombomben für die Durchführung oberirdischer Atombombentests
• Personenbeförderung
  • Heißluftballon
  • Gasballon (beispielsweise Wasserstoffballon)
  • lenkbare Ballone, siehe Luftschiff
• Forschungsballon zur (meistens Heliumfüllung) Erdatmosphären- und Stratosphärenforschung (die Manhigh-Flüge der USA), im Unterschied zum Wetterballon mit aufwändiger Instrumentierung. Auch als Träger von ferngesteuerten Teleskopen, Project Stratoscope
• Spionageballon: Im Kalten Krieg wurden Höhenballone von den USA als Kameraträger zur militärischen Aufklärung verwendet.
• als Rockoon zum Start von Raketen
• als Träger von Atombomben für Atombombentests in der höheren Atmosphäre
• Ultra Long Duration Ballooning der NASA, in 40 km Höhe 40 Tage lang mehrmals um die Antarktis
• als Waffe, siehe Ballonbombe

FlyingScreen

Eine weitere Anwendung ist der, wie jeder Satellit mit einer Rakete in den Orbit geschossene, Ballonsatellit, der nur zum Erreichen eines großen Volumens mit winzigen Mengen Gases gefüllt ist.

Sonstiges

Ballontaufe

Oft wird für Ballonerstfahrer ein besonderes Ritual vollzogen. Die Teilnehmer stoßen auf die Fahrt an und schwören, nie mehr „Ballonfliegen“ zu sagen und außerdem jedem Ballonfahrer, den sie treffen, zu helfen. Anschließend wird eine Locke des Erstfahrers vom Piloten angesengt und sofort durch Champagner gelöscht. Als weitere Tradition gilt die Vergabe von Adelstiteln wie zum Beispiel: „Lieblich schwebendes Burgfräulein Christine über Neuschwanstein“. Diese Tradition ist auf die Zeit zurückzuführen, als es nur Adligen gestattet war, Ballon zu fahren. Heutzutage ist das Ritual auch unter dem englischen Namen „Propane and Champagne“ bekannt.

Andere Verwendung von Ballons

• Medizin - Aufblähbare Ballonkatheter erweitern etwa Blutgefäße. Ballonaufblasen mit dem Mund trainiert therapeutisch die Atemfunktion.
• Musik, Akustik - Die Membran eines gasgefüllten Ballons kann wie ein Trommelfell geschlagen aber auch durch darüber Rubbeln mit dem feuchten Finger zum Schwingen angeregt werden. Gefüllte Ballons sind schwingungsfähige Gebilde, je größer, desto tiefer die Frequenz. Eine besonders niedrige Frequenz wird durch (mäßiges) Füllen mit einem viel schweren Fluid, wie etwa Wasser, liegend auf glattem Boden erreicht. Das Ausströmen des Füllgases durch den quer gespannten Hals eines Latexballons erzeugt Töne auf ähnliche Art wie die Stimmbänder. Das Platzen erzeugt einen Knall. Judy Dunaway musiziert mit Ballons.

• Spielzeug - Luftgefüllte Ballons dienen als Energie-und-Massespeicher für Rückstossantrieb für kleine Wagen. Beim kleinen Ballonhubschrauber wird die Luft an den Enden der 3 Rotorblätter ausgestoßen.

• Dekoration - als Büschel, Leinen, Spiral-Girlanden

• Bühne - Der Einsteige- oder Climb-In-Ballon bietet Raum und Luftvorrat für eine oder sogar mehrere Personen. Das Aufstechen befreit.

• Modellieren - dünne lange Modellierballons werden zu Figuren und Tiermotiven gedehnt, verdrillt und geknotet

• Basteln - Ballons werden mit Kleister eingestrichen und mit Papier beklebt.

• Experimente der Physik und Chemie nützen den Latexballon als elastisches Medium zum Speichern von meist Gasen, oder als Auftriebskörper,

• Inflatables sind durch Schweißen oder Nähen von Folie, Gewebeplane oder Textilien hergestellte Werbeobjekte. Sie werden durch Gebläse gefüllt und prall gehalten, eventuell von innen beleuchtet, auch durch Ausströmöffnungen bewegt.

• Kytoon, die Kombination von Drachen und Ballon wird zum Heben von Funkantennen, Fischerleinen und Kameras verwendet-

• Fetisch - Die Haptik, das Tönen, das glänzend pralle Aussehen, das überraschende laute Platzen wird von vielen geliebt - bis zum Erheben zum Fetisch.

• Hebeballons sind - unter Wasser - luftgefüllte Säcke, die zum Heben von Lasten, etwa um ein versunkenes Schiff aufzurichten oder zu heben. Auftriebsbestimmend ist hier die Dichte von Wasser, 800mal so groß wie die von Luft. Gefertigt aus reißfester Gewebeplane sind Hebeballons unten meist offen, so dass die beim Aufsteigen expandierende Luft herausquellen kann.

• Die DARPA führte 2009 ein Experiment zur Schwarmintelligenz durch. Dabei sollten für ein Preisgeld von 40.000 $ geheim gehaltene, über die USA verteilte Orte ausfindig gemacht werden, an denen zehn rote Luftballons an einem Dezembertag für einige Stunden sichtbar waren. Der Versuchsaufbau sollte zu einer kollaborativen Suche animieren. Das Experiment war erfolgreich; alle zehn Orte wurden gefunden.

Literatur

• Heinrich Zeise d. Ä.: Die Aeronautik früher und jetzt, nebst theoretischen und praktischen Vorschlägen zu einer vervollkommneteren Luftschiffahrtskunst und Benutzung des Luftballs für technische und industrielle Zwecke. - Vorträge, gehalten im Altonaer Bürgerverein im Winter 1849/50 von H. Zeise, Apotheker. Mit Zeichnungen (Steindruck von F. Würzbach in Altona) auf 1 gefalt. Blatt. Altona. In Commission bei Carl Theod. Schlüter, 1850
• Jürgen Link: "Einfluß des Fliegens! - Auf den Stil selbst!" Diskursanalyse des Ballonsymbols. In: Jürgen Link / Wulf Wülfing (Hgg.): Bewegung und Stillstand in Metaphern und Mythen. Fallstudien zum Verhältnis von elementarem Wissen und Literatur im 19. Jahrhundert. Stuttgart: Klett-Cotta 1984 (Sprache und Literatur 9), S. 149-164.
• Wolfgang Nairz: Ballonfahren zwischen Alpen und Himalaya", Verlag Ablinger & Garber, Hall in Tirol, 2001, ISBN 3-9500523-7-2

Weblinks

Wiktionary: Ballon – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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• Library of Congress Alte Bilder zum Thema Ballon