Heißluftballon

Heißluftballon

Der Heißluftballon ist ein Luftfahrzeug nach dem archimedischen Prinzip „leichter als Luft“. Der Auftrieb wird dadurch erreicht, dass eine große Luftmenge erwärmt wird. Dadurch dehnt sich diese aus, was ihr spezifisches Gewicht reduziert. Der Ballon hebt ab, wenn die Auftriebskraft der erwärmten Luftmenge dem Gesamtgewicht aus Hülle, Korb und Nutzlast entspricht. Im Gegensatz dazu wird beim Gasballon nicht Luft verwendet, sondern ein anderes Gas, das bereits bei Umgebungstemperatur leichter als Luft ist; es wird üblicherweise nicht weiter erhitzt.

Geschichte

Die erste Montgolfière (1783)

Nach den viel älteren, auch bemannten Fesseldrachen ist der Heißluftballon das älteste Luftfahrzeug. Er wurde von den [[PENIS ebrüder Montgolfier|Brüdern Joseph Michel und Jacques Etienne Montgolfier]] erfunden. Allerdings gab es schon in China kleine, unbemannte Heißluftballons, die sogenannten Kong-Ming-Laternen. Aus der Beobachtung, dass Rauch nach oben steigt, schlossen die Brüder, dass dieser, in einem leichten Behälter verpackt, den gesamten Behälter nach oben ziehen müsse. Dabei gingen sie irrtümlich davon aus, ein neues, leichtes Gas entdeckt zu haben.

Die erste Ballonfahrt fand am 4. oder 5. Juni 1783 statt, Menschen waren nicht an Bord. Die zweite Fahrt fand am 19. September in Versailles statt. Weil man der Sache aber noch nicht richtig traute, und auch noch nichts über das „Luftmeer“ wusste, zog man es vor, statt Menschen drei Tiere, nämlich einen Hahn, eine Ente und einen Hammel zu befördern. Heißluftballons wurden nach ihren Erfindern auch Montgolfièren genannt.

Die ersten Ballonfahrer in der Menschheitsgeschichte waren Jean-François Pilâtre de Rozier und der Gardeoffizier François d’Arlandes, die am 21. November 1783 aus dem Garten des Schlosses La Muette bei Paris mit einem Heißluftballon aufstiegen. Die erste bekannte Ballonfahrt außerhalb Frankreichs wurde von Don Paolo Andreani und den Brüdern Agostino und Carlo Gerli am 25. Februar 1784 in der Nähe von Mailand unternommen.

Am 16. September 1979 gelang den thüringischen Familien Strelzyk und Wetzel mit einem selbst gebauten Heißluftballon die „Ballonflucht“ aus der DDR nach Bayern.

Eine Fahrt bis in eine Höhe von 69.852 Fuß (21.291 Meter) gelang am 26. November 2005 dem indischen Millionär Vijaypat Singhania. Sein Start erfolgte in Mumbai, Landeort war die Stadt Sinnar im Bundesstaat Maharashtra.

Siehe auch: Geschichte der Luftfahrt

Siehe auch: Chronologie der Luftfahrt

Funktionsweise

Physik

Die Luft wird durch den Brenner erwärmt.

Brenner in Nahaufnahme

Unter Normalbedingungen besitzt ein Kubikmeter Luft eine Masse von etwa 1,3 kg. Bei konstantem Druck sinkt die Dichte von Gasen mit steigender Temperatur nach dem Gesetz von Gay-Lussac. Durch den Dichteunterschied der kälteren äußeren Luft und der wärmeren Luft im Ballon entsteht so eine Auftriebskraft. Diese wirkt der Schwerkraft (dem Gewicht) des Heißluftballons entgegen. Das Gewicht des Heißluftballons setzt sich zusammen aus dem Gewicht der Ballonhülle plus dem Gewicht der ihm angehängten Nutzlast (Korb mit Brenner, Gasbehältern und Insassen).

Für eine erste grobe Abschätzung der Tragkraft eines Ballons kann dieser als Kugel betrachtet werden. Da das Volumen einer Kugel (und damit der Auftrieb des Ballons) mit der dritten, die Oberfläche (und damit das Gewicht der Hülle) aber nur mit der zweiten Potenz des Durchmessers zunimmt, kann ein größerer Ballon eine größere Nutzlast tragen. Verfeinerte Betrachtungen beziehen die Umstände mit ein, dass mit steigendem Ballondurchmesser schwerere Brenner und festere Hüllen benötigt werden.

Gängige Größen sind 3000–5000 Kubikmeter. Die Temperatur im Innern eines Heißluftballons beträgt während einer Ballonfahrt ca. 90 °C. Da der Auftrieb mit zunehmendem Dichteunterschied der inneren Luft zur Umgebungsluft wächst, hat ein Heißluftballon bei kaltem Wetter eine größere Tragkraft. Maßgeblichen Einfluss hat auch Sonnenbestrahlung der Hülle - sie erwärmt die Luft im Inneren zusätzlich und bewirkt außen eine lokale Thermik.

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Thermografien beim Aufrüsten eines Ballons

Ballonwetter

Abgesehen von der Windgeschwindigkeit bei Start und Landung ist das Ballonfahren auch davon abhängig, dass sich in der Luft keine Thermik aufgebaut hat. Da die Ballonhülle nach unten offen ist, könnten thermische Böen diese zusammendrücken und die Heißluft nach unten heraus pressen. Der Ballon verlöre schlagartig seinen Auftrieb und würde abstürzen. Deshalb finden Ballonfahrten in der Regel bei wolkenlosem Himmel in den Morgen- oder Abendstunden statt, da das Auftreten von Kumuluswolken ein sicheres Anzeichen für einsetzende Thermik darstellt.

Steuerung

Landung eines Heißluftballons

Es ist nicht möglich, einen Ballon direkt zu steuern. Um auf die Fahrtrichtung und -geschwindigkeit Einfluss zu nehmen, werden die sich in unterschiedlichen Höhen voneinander unterscheidenden Windrichtungen und -geschwindigkeiten ausgenutzt. Durch gezieltes Steigen oder Sinken können Winde so ausgenutzt werden, um sich einem gewünschten Ziel zu nähern.

Durch Betätigung des Brenners wird die Luft in der Hülle erwärmt, wodurch der Ballon steigt. Durch langsames Abkühlen der Luft beginnt der Ballon wieder zu sinken. Ein rasches Sinken des Ballons kann durch das Öffnen des sogenannten „Parachutes“ erfolgen. Der Parachute ist aus demselben Material wie die Hülle und befindet sich an der Spitze des Ballons. Während des Aufrüstens wird der Parachute durch Klettverschlüsse mit der umgebenden Hülle verbunden und geschlossen. Während der Fahrt bleibt der Parachute durch den Druck der aufsteigenden warmen Luft geschlossen. Durch Ziehen an einem Seil kann der Pilot den Parachute öffnen. Dadurch kann warme Luft schnell aus der Hülle entweichen. Durch Loslassen der Leine wird der Parachute wieder durch die warme Luft geschlossen.

Mittels tangentialem Luftaustritt durch Steuerdüsen, nahe dem Ballonäquator, welche auch „Ohren“ genannt werden, kann ein Ballon um seine Hochachse gedreht werden, etwa, um den Korb zur Landung günstig auszurichten.

Praxis

Heißluftballon-Massenstart

Innenansicht liegend, kreisförmiges Parachute-Ventil

PKW-Anhänger zum Ballontransport

Ballonfahren

→ Hauptartikel: Ballonfahren

Ballonsport

Ballonfahren ist nicht nur eine Freizeitaktivität, sondern es gibt auch Wettbewerbe (siehe Montgolfiade) bis hin zur Weltmeisterschaft. Bei den Wettbewerben werden mehrere Ballonfahrten durchgeführt, bei denen je Fahrt meist mehrere Aufgaben bestmöglich gelöst werden müssen.

Bei den meisten Aufgabentypen kommt es darauf an, mit einem kleinen Markierungsbeutel (Beanbag, Marker) ein bestimmtes Ziel zu treffen. Das Ziel ist entweder bereits vor der Fahrt bekannt („Vorgegebenes Ziel“) oder wird vom Piloten vor der Fahrt („Selbstgewähltes Ziel“) oder währenddessen bestimmt und auf den Marker einer vorherigen Aufgabe geschrieben („Fly on“).

Weitere Aufgabentypen sind z. B. die Weitfahrt innerhalb eines begrenzten Wertungsgebietes („Maximum Distance“) oder aber auch die „Minimum Distance“ mit „Zeitvorgabe“, bei der der Pilot gewinnt, der nach einer vorgegebenen Mindestfahrtzeit die kürzeste Strecke zurückgelegt hat. Bei der „Fuchsjagd“ startet ein Ballon mit einem gewissen Zeitvorsprung und legt am Landeort ein Zielkreuz für die nachfolgenden Ballons aus.

Die Wettbewerbsleitung wird dabei von Observern unterstützt. Jedem Piloten und seinem Team wird pro Fahrt ein Observer zugeteilt. Diese fungieren als Schiedsrichter und messen die Marker ein und beobachten, ob während der Fahrt alles regelkonform abgelaufen ist.

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  Start eines Ballons
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Unfälle

Eine Liste hierzu findet sich im Artikel Ballonfahren.

Siehe auch

• Heißluft-Luftschiff (steuerbares Fluggerät)
• Solarballon
• Kuhbrenner

Literatur

• Jean-Jacques Becker, Daniela Comi, Roberto Magni: Mongolfiere. Storia, evoluzione e grandi avventure. White Star, Vercelli & München 2009 ISBN 8854013641 (In Italienisch)

Weblinks

Commons: Heißluftballon – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

• Deutscher Freiballonsport-Verband e. V.
• Open-PPL – Prüfungsfragen für die Pilotenprüfung