공기보다 가벼운 가스를 이용하여 하늘을 나는 기구

열기구들이 화려한 장관을 연출하고 있다.

 

공중에 띄우는 방법에 따라 나뉘는 가스기구와 열기구

주로 과학 연구와 광고에 이용한다. 또 스포츠에도 이용하며, 지형이 낮아 라디오나 텔레비전 전파가 잘 전달되지 않는 지역으로 전파를 멀리 보내는 데도 이용한다. 과학 연구용 가스기구는 날씨를 연구하는 기상학에서 많이 용하는데, 대기의 온도, 습도, 기압을 측정하는 라디오존데와 같은, 기상 상태를 기록하는 장비를 운반한다. 라디오존데에는 관측한 정보를 지상의 본부에 보내는 송신기가 있어 기상학자가 날씨를 예보하는 데 필요한 자료를 제공한다. 이밖에도 바람의 움직임을 측정하거나 별과 행성을 연구하는 데 가스기구를 이용한다. 가스기구는 장비를 싣고 48km 고도까지 올라가 대기의 자료를 수집할 수 있다. 광고에 이용하는 가시 기구는 애드벌룬과 같이 광고문이나 그림 따위를 매달아 줄로 연결해서 땅에 고정시킨다. 가스기구의 작동 원리는 공기보다 가벼운 가스를 공기주머니에 채우면 가스기구가 떠오른다. 가스기구의 공기주머니는 보통 고무나 플라스틱으로 만들며, 공기가 통하지 않도록 밀폐한다. 공기주머니에 채우는 가스로는 수소, 헬륨, 천연가스를 사용한다. 수소는 가벼운 기체여서 뜨는 힘은 크지만 매우 잘 폭발하기 때문에 조심해서 다루어야 한다. 헤륨은 수소보다 약간 무겁지만 훨씬 안전하고, 천연가스는 수소나 헬륨보다 뜨는 힘이 작지만 가격이 싸다. 공기주머니에 넣는 가스의 압력은 주위 공기보다 높거나 같은데, 가스는 공중에 떠오르면 팽창한다. 가스기구는 공기주머니에 채우는 가스의 압력에 따라 팽창 기구, 고압 기구, 대기압 기구 따위로 나뉜다. 팽창 기구의 공기주머니에 가스를 채워 공중에 처음 떠오를 때의 지름은 약 1.5m이다. 하지만 팽창 기구가 공중으로 올라가 공기주머니 안의 가스가 팽창하면 공기주머니의 지름은 약 6m까지 커진다. 따라서 팽창 기구는 높이 올라가면 가스가 너무 팽창해 공기주머니가 터지고, 과학장비에 붙어 있는 낙하산이 펴져 과학장비가 서서히 땅으로 내려온다. 고압 기구는 폴리에스터나 폴리아마이드와 같이 탄력이 있는 재료로 만들며, 대기압보다 압력이 높은 가스를 이용한다. 고압 기구는 크기가 클수록 높이 떠오를 수 있으며, 무선장비를 설치해서 높이를 위아래로 조절할 수 있다. 또한 고압 기구는 수개월 동안이나 띄워놓을 수도 있다. 대기압 기구는 폴리에틸렌과 같은 플라스틱으로 만들며, 대기압과 압력이 같은 가스를 이용한다. 대기압 기구는 대기권 위를 조사하는 과학 연구에 많이 이용된다. 가스기구를 스포츠에 이용할 때는 먼저 공기주머니를 땅 위에 펼쳐 가스를 넣을 수 있게 한다. 그다음 공기주머니를 그물로 감싸고 꼭대기에 밸브를 설치해서 공기주머니에 가스를 넣는다. 가스가 다 차면 가스기구가 고정될 수 있도록 모래주머니를 그물에 매단다. 모래주머니는 가스기구의 균형을 잡아주면서 가스기구를 천천히 떠오르게 한다. 가스기구를 감싼 그물 끝은 금속테에 묶고 금속테에 바구니를 단다. 바구니 옆에는 모래주머니를 매단다. 가스기구가 천천히 떠오를 수 있게 모래주머니 몇 개를 떼어내고 바람 부는 방향에 있는 장애물을 제거한다. 가스기구를 더 높이 떠오르게 할 때는 모래주머니를 더 떨어뜨리고, 가스기구를 낮게 내려오게 하려면 주머니의 꼭대기에 있는 배기구의 밸브를 열어 가스를 밖으로 내보낸다. 가스기구에는 대부분 무거운 밧줄을 싣는데, 착륙하기 직전에 이 밧줄을 땅으로 던진다. 이렇게 착륙 직전에 밧줄을 던지는 것은 무게를 줄여 충격을 약화시키는 것뿐만 아니라 던져진 밧줄을 땅에 있는 사람이 잡아 기구를 조종할 수 있도록 하기 위해서이다. 바구니가 땅에 닿으면 조종사는 립 패널을 열어 공기주머니의 가스를 빼내 바구니가 땅에서 바람을 따라 끌리지 않도록 한다.

 

주로 스포츠에 이용되는 열기구

사람들은 열기구를 타고 경주에 참가하기도 하며 시골에서 한가롭게 열기구를 타며 즐기기도 한다. 열기구의 작동원리는 공기가 열을 흡수해 데워지면 팽창하고 더운 공기는 같은 부피의 찬 공기보다 가벼워진다. 이런 원리를 이용해 열기구의 공기주머니 안에 더운 공기를 채워서 열기구를 주위 공기보다 가볍게 만들어 떠오르게 한다. 열기구의 공기주머니는 나일론이나 폴레에스터로 만들며, 공기를 데우는 열은 값싸고 안전한 프로페인 가스를 연료로 값싸고 안전한 프로페인 가스를 연료로 이용하는 가열기로 얻는다. 가열기는 공기주머니의 안쪽까지 나아가는 불꽃을 만들며, 가열된 공기는 공기주머니 밑에 있는 흡입구로 들어간다. 공기주머니의 꼭대기에는 배기구가 동그란 밸브로 덮여 있다. 밸브는 중심을 잡아주는 중과 공기주머니 안의 공기 압력 때문에 고정된다. 낮게 비행하거나 착륙할 때는 더운 공기를 배기구로 내보낸다. 배기구가 없는 공기주머니에는 립 패널과 삼각형의 냉각 구멍이 있다. 냉각 구멍은 줄로 조정하며, 빠르게 내려올 때 사용한다. 스포츠용 열기구의 플라스틱이나 고무를 입힌 면직물로 만들며, 스포츠용 가스기구와 같이 면으로 된 그물로 둘러싼다. 그물은 비행 중에 공기주머니가 찢어지면 안쪽으로 접혀 낙하산이 되는데 공기주머니 아래에 설치한 큰 나무나 금속 테에 연결한다. 조종사와 승객이 타는 바구니는 금속 테에 매달려 있다. 바구니는 스포츠용 가스기구와 같이 착륙할 때 충격을 잘 흡수할 수 있도록 강하면서 가벼운 재료를 엮어 만든다. 스포츠용 열기구의 크기는 기구에 싣는 짐의 무게에 따라 다른데 짐이 무거울수록 공기주머니는 커야 한다. 기구의 크기는 보통 완전히 부풀린 공기주머니 부피로 계산한다. 열기구의 조종은 공기주머니를 땅에 펼쳐 바람을 넣는데, 이때 주머니의 꼭대기가 바람 부는 방향으로 놓이게 한다. 그다음 바구니를 공기주머니 정면에 비스듬히 누이고 가열기를 설치하는 금속 테에 바구니를 붙인 뒤 대형 송풍기로 공기주머니의 흡입구에 공기를 불어넣는다. 공기주머니가 반쯤 채워졌을 때 가열기를 작동시킨다. 공기가 데워지면서 공기주머니는 점점 올라가 바구니를 세우고 가열기와 바구니 위로 뜬다. 열기구를 이륙시킬 때는 연료를 계속 가열기에 공급한다.

 

18세기 말 프랑스에서 실험된 최초의 열기구

18세기 말 프랑스의 종이 제작자인 자크 에티엔과 조제프 미셸 몽골피에 형제가 열기구를 최초로 실험했다. 처음에는 작은 종이 자루에 연기를 채워 실험했는데, 이 실험으로 데워진 공기가 자루를 떠올린다는 사실을 알았다. 이 실험으로 데워진 공기가 자루를 떠올린다는 사실을 알았다. 1783년 몽골피에 형제는 천 조각들을 연결해 지름 11m인 기구를 만들어 가축을 싣고 약 8시간 동안 비행했다. 최초로 기구를 타고 비행한 사람들은 프랑스의 장 프랑수아 필라트로 드 로지에와 육군 장교인 프랑수아 로랑 다를랑드 후작으로, 1783년 몽골피에 형제가 만든 기구를 타고 파리 상공을 25분 동안 비행했다. 수로를 이용한 최초의 기구는 프랑스의 화학자 자크알렉상드로 샤를이 만들었는데, 처음에는 사람이 타지 않은 기구를 1783년 파리에서 띄웠고 그 후에는 사람이 타고 비행을 했다. 1930년 초부터는 기구를 과학 연구에 이용하기 시작했다.