열기구는 최초로 누가 만들었으며,

 

열기구는 어떤 과학적 원리로 하늘을 날 수 있고,

 

조정사는 어떻게 열기구를 이용하여 상승과 하강이 가능하고,

 

자신이 원하는 곳으로 날아갈 수 있는지 궁금합니다.

▷ 열기구의 등장

 

푸른 하늘을 올라가서 바람에 따라 하늘을 나는 열기구를 누구나 한번쯤은 보았을 것이다. 기구 안에 공기를 불어 넣고 가스버너를 사용하여 기구 안의 공기를 뜨겁게 하면, 놀랍게도 기구는 하늘로 올라간다. 하늘을 날고자 했던 인류의 꿈을 제일 먼저 실현시킨 것이 바로 열기구 이다.

 

최초의 열기구는 1783년 6월 프랑스의 조셉 몽골피에 형제에 의해 개발되었다. 몽골피에 형제는 하늘로 치솟아 올라가는 뜨거운 연기를 보고 연기를 큰 주머니에 담으면 주머니도 하늘로 올라 갈 수 있을 것이라고 생각하였다. 몽골피에 형제는 지름이 10 m나 되는 큰 종이 주머니를 만들고 밀짚과 나뭇가지를 태워 종이 주머니 안에 뜨거운 연기를 불어 넣었다. 이 열기구는 프랑스 아노네이에서 180 m 상공까지 올라갔다.

 

인류 최초의 비행은 2달 뒤인 11월에 이루어졌다. 물리학자인 로제와 다란드 두 사람을 태운 대형 열기구가 프랑스 파리 근교의 부로뉴 숲 상공에 떠올랐으며 500 m의 높이까지 올라가서 25분 동안 9 ㎞를 비행하였다.

 

 

열기구의 원리

 

▷ 열기구는 배가 물에 뜨는 것과 같은 원리로 하늘에 떠 오른다

 

열기구 안의 공기를 가열하면 내부의 공기는 팽창하게 된다. 이 때문에 내부에 존재하던 공기의 일부가 열기구 밖으로 빠져나가게 된다. 주변의 공기와 비교할 때 같은 공간 안에 보다 작은 공기 분자들이 존재하게 된다. 부피는 일정한데 질량이 작아진 것이다. 결국 주변의 공기보다 기구 안의 밀도가 작아지므로 위쪽으로 올라가려는 힘인 부력이 발생한다. 점점 밀도가 작아져서 열기구를 아래쪽으로 잡아당기는 중력보다 부력이 커지게 되면 열기구는 하늘로 떠오른다.

 

 

열기구의 상승과 하강

 

 

하늘로 올라간 기구 내의 공기가 식어 공기의 부피가 작아지면 바깥의 공기가 기구 안쪽으로 들어오게 된다. 열기구의 밀도는 주변 공위와 같게 되므로 부력이 사라져, 열기구의 무게 때문에 아래로 내려오게 된다.

 

하늘 높이 올라간 열기구는 바람에 따라 같은 속도로 움직이게 된다. 그래서 아무리 센 바람이 불어도 열기구를 타고 있는 사람은 속도를 느낄 수 없으며 머리카락도 날리지 않는다. 높이에 따라 바람이 부는 방향이 서로 다르므로 조종사는 높이를 조정하여 열기구가 이동하는 방향을 바꿀 수 있다.

 

 

 

▷ 열기구의 구조

 

 

 

열기구는 하늘을 날 수 있는 기구 중 가장 안전하다고들 평한다.

왜 안전한가? 모름지기 기계란 간단할수록 안전하다. 고장날 데가 적기 때문이다.

 

열기구 구조는 간단하다.
크게 세 부분으로 나뉘었다.

 

첫번째가 풍선처럼 생긴 공기주머니다. 이를 구피(球皮) 또는 엔벨로프(envelope)라고도 한다.

4인용 열기구를 기준으로 했을 때 높이가 25m 가량 된다. 열에 강한 나일론 섬유에 폴리우레탄이나 실리콘을 코팅한 섬유로 만들었다. 특히 공기주머니 아랫부분은 소방관의 소방복과 같은 재질로 되어 열에 강하다. 

 

 

두 번째는 사람과 가스통이 타는 바구니다. 가벼우면서도 탄력이 좋은 등나무로 만든다.

세 번째가 버너다. 버너는 바구니와 공기주머니 중간에 설치하는데, 연료는 LP가스를 쓴다.

버너는 바구니에 올라 탄 사람이 손을 올려 가스 밸브를 조절할 수 있는 높이에 설치한다.

거대한 풍선인 공기주머니 속을 뜨겁게 달구면 열기구는 지상에서 둥실 떠오른다.

바구니가 땅에서 벗어나는 느낌은 아주 미약하고 가뿐해 땅을 보지 않고서는 움직임을 느끼기 어려울 정도다. 하늘만 보고 있거나 불길이 뿜어져 나오는 버너를 보고 있으면 내 몸이 어느 정도 솟구쳐 오르는지 알 수 없다.

 

 

 

열기구 만들기

 

 

 

 

◆ 준비물

습자지(3색 이상-전지) 또는 유산지, 풀(고체ㆍ액체), 가위, 휴대용 가스버너, 송풍장치(알루미늄 호일 또는 함석판), 연필

◆ 제작과정

 

① 습자지(전지 크기)를 6장 준비하고 세로로 반을 접는다.

② 연필로 꽃잎 모양의 반을 스케치한다. 넓은 부분을 기준으로 상하 비율이 4 대6 정도, 각은 약 30도(폈을 때 60도)가 되도록 그린다.

③ 스케치한 선을 따라 가위로 오려낸다.

④ 오려낸 꽃잎 모양 본 두 장을 2㎝ 어긋나게 포갠 후 아래쪽 본에 풀칠을 하 고 위로 접어 올려 손등으로 가볍게 친다.

⑤ 위의 본을 반으로 접어 넘기고 새로운 본을 어긋나게 올려놓은 다음 풀칠해 같은 방법으로 본을 이어나가고 마지막 본에 맨 처음 본을 들어올려 연결한다.

⑥ 조각이 만나는 꼭짓점은 여분의 습자지를 동그랗게 오려 구멍이 생기지 않 도록 단단히 메운다. 이때 열기구 속으로 손이나 둥근 바가지를 받치면 붙이기 가 좋다.

⑦ 알루미늄 호일을 50㎝ 크기로 여러 장 잘라 포갠 후 둥그렇게 만들고 상하 를 말아 고정시켜 송풍장치를 만든다.

⑧ 휴대용 가스버너에 송풍장치를 놓고 두세 명이 만들어진 열기구에 뜨거운 공기를 주입한 후 상승력이 느껴지면 살며시 열기구를 놓는다.

열기구는 여름보다는 겨울철 바람이 없는 날 더욱 잘 떠오르며 습자지 대신 큰 비닐봉지와 알코올 솜을 이용해 만들 수도 있다.

 

출처 : 네이버 지식

열기구가 나는 원리

열기구는 1783년 프랑스의 몽골피에 형제에 의해 발명되어 첫 비행은 파리의 근교에서 "피라드레 디 로제"에 의하여 이루어 졌다. 그후 열기구의 소재가 종이에서 천으로 바뀌며 오늘날과 같은 기구 비행을 즐길 수 있게 되었다. 열기구는 액화 프로판 가스로 공기를 가열, 기구를 가볍게 하여 상승하며 조종사는 높이에 따른 바람의 방향을 찾아 원하는 목적지로 갈 수 있다. 열기구는 크게 3개의 부품으로 구성되어 있으며 각각의 명칭은 아래와 같다. 구피(ENVELOPE)는 폴리에스터에 특수한 코팅을 입혀 열에 강하도록 만들어 졌으며, 버너(BURNER)는 액체 프로판 가스를 가열하여 분출 할 수 있도록 스테인리스로 제작되었다. 바스켓(BASKET)은 등나무와 가죽, 특수 합금으로 만들어 졌으며 가볍고 튼튼한 것이 생명이다. 이외에 고도계, 온도계 등이 필요하다. 열기구는 부력에 의하여 배가 물에 뜨는 것과 같은 원리로 하늘에 떠오른다. 열기구안의 공기를 가열하면 내부의 공기가 팽창하게 되어 공기의 일부가 기구의 바깥으로 빠져나가 열기구 안의 밀도는 주변 공기보다 낮아지게 되고 열기구에 작용하는 중력보다 부력이 커지게 되므로 상승하게 된다. 상승하면서 열기구 내의 공기가 식어 공기의 부피가 줄어들게 되면 외부의 공기가 유입되므로 열기구내 공기의 밀도는 주위와 같게 되어 부력이 없어져 하강하게 된다.

< 열기구, 비행체 역사의 첫 발 >

풍선처럼 하늘을 수놓는 열기구. 중력에 의해 나는 비행체가 활공 비행기라면 공기의 부력에 의해 날아가는 비행체는 열기구다. 하늘을 날고자 했던 인류의 꿈을 제일 먼저 실현시킨 비행체다. 이 같은 비행체의 역사에서 열기구는 오늘날 우주왕복선으로 이어지는 위대한 업적을 남긴 과학의 '첫 발'임에 틀림없다.

기구의 원리와 분류

기구란 공기보다 비중이 작은 기체에서 자연적으로 발생되는 부력을 이용해 하늘을 오르는 비행체다. 기구는 비행기처럼 자기가 날아가고자 하는 방향으로 전환하는 장치는 없다. 그야말로 풍선처럼 바람 부는 방향으로 흘러 다닌다.

몽골피에 열기구, 인류최초의 비행체다.

기구는 크게 열기구(Hot Air Balloon), 가스기구(Gas Balloon), 복합형(Rozier Balloon)기구 등 3가지로 분류된다. 먼저 열기구는 커다란 공기 주머니 내부로 버너로 뜨거운 열을 공급해 공기의 온도와 체적을 증가시켜 비중을 감소하게 만드는 원리다. 따라서 기구 안의 공기는 외부공기보다 가볍게 돼 부력이 발생하고, 이 부력을 이용해 하늘을 오를 수 있다.

가스기구는 공기보다 가벼운 수소나 헬륨가스를 공기주머니 내부에 채워 부력을 발생시키는 기구다. 유원지 등에서 흔히 볼 수 있는 풍선과 같은 원리다. 복합형 기구는 열기구와 가스기구의 장점만을 조합해 만들어진 기구다. 주로 대륙간 장거리횡단 비행에 이용되며, 1999년 3월에는 무착륙 지구일주를 성공하기도 했다. 가장 먼저 비행의 꿈을 실현시킨 기구가 아이러니 하게도 가장 나중에 무착륙 지구일주를 했다.

열기구 역사

새처럼 하늘을 날아보고자 했던 우리 인간의 욕망을 맨 먼저 이루게 한 것은 '연기'라는 뜨거운 공기였다. 프랑스의 조셉 몽골피에 형제는 화톳불에서 힘차게 하늘로 치솟아 올라가는 뜨거운 연기를 보고 '연기를 큰 주머니에 담으면 주머니도 하늘로 올라 갈 수 있겠지'하고 생각했다.

종이장사를 하던 몽골피에 형제는 지름이 10m나 되는 큰 종이 주머니를 만들어 마침내 1783년 6월 프랑스 아노네이에서 1차 공개 실험을 했다. 이날 공개 실험에서 큰 종이 주머니 기구내부에 뜨거운 연기를 불어넣었다. 기구 내부의 온도가 87.5℃까지 올라가자 부력이 발생해 기구가 약 180m 상공까지 떠올랐다. 그 해 9월에는 열기구에 양과 닭 그리고 오리 등을 태운 2차 실험에도 성공했다.

드디어 2개월 뒤인 11월, 물리학자인 로제와 다란드 두 사람을 태운 대형 열기구가 부로뉴 숲 상공에 떠올라 날고자 했던 인류의 오랜 꿈을 최초로 실현시키는데 성공했다. 그때의 비행기록은 고도 500m, 체공시간 25분, 비행거리 9km이었다.

한편 최초의 가스기구는 샤를과 로벨 형제가 발명한 수소기구다. 샤를은 '일정한 압력 하에서 기체의 부피와 온도는 비례한다'라는 '샤를 법칙'으로 우리에게 잘 알려진 프랑스의 과학자다. 수소가스는 공기보다 가벼워 부력을 얻는데 유리한 반면, 인화성이 강해 매우 위험하다.

몽골피에 형제의 열기구보다 불과 10일 늦은 12월, 샤를 형제는 함성을 지르는 많은 군중을 밑으로 내려다 보며 힘차게 떠올라 약 2시간 동안 43km거리를 날았다. 그 날 해질 무렵에는 2차 비행이 시도됐는데 형인 샤를이 혼자서 10분 동안 약 300m까지 올라갔다. 샤를은 하늘로 올라가면서 저물어 가던 붉은 태양이 지평선에서 다시 거꾸로 떠오르는 것을 보았다. 하루에 두 번 지는 해를 본 최초의 사람이 된 것이다.

사가 국제열기구대회의 열기구들

몽골피에 형제의 발명 이후 1백년 이상 유일한 비행수단으로 이용됐던 열기구는 비행기가 등장하면서 한동안 빛을 잃게 됐다. 그러나 1950년대 초 나일론과 프로판가스가 보급되면서 가볍고 간편한 비행을 할 수 있는 기구가 개발됐다. 이때부터 열기구는 대중화되기 시작했다. 1960년대 들어서는 유럽과 미국을 중심으로 열기구가 하늘 레포츠 종목으로 자리잡았다.

현재 세계적으로 약 1만 여대의 열기구가 있으며, 국제 열기구 대회도 여러 나라에서 열린다. 세계적인 열기구 대회는 미국, 일본, 독일, 프랑스 등 항공선진국을 중심으로 열리는데 일본의 '사가 국제 열기구 대회'가 가장 유명하다.

< 열기구의 역사 >

열기구는 1783년 11월 몽골피에 형제에 의해 개발되어 피라드레 디 로제(Piladare De Rozier)가 비행에 성공하였습니다.파리 근교에서 이륙하여 약25분간 비행하였으며 종이로 만든 구피(envelope)에 밀짚과 나무가지를 태워 비행하였다고 합니다. 이는 인류 최초의 비행이며 그 해 보일샤를의 법칙으로 유명한 샤를로 교수에 의해 수소가스기구가 선보여 장거리 비행이 가능하게 되었습니다.지금과 같이 천으로 된 구피와 액체 프로판 가스로 작동되는 현대식 열기구는 1950년대 후반에 나타났습니다

< 열기구의 구조 >

열기구는 크게 세부분으로 구분됩니다. 풍선 부분인 구피 (envelope), 공기를 데우기 위한 버너, 사람이 타고 장비가 적재되는 바스켓이 있습니다.

< 열기구의 연료 >

현대 열기구는 연료로 LPG 를 사용합니다. 액체 LPG를 사용하여 강력한 버너로 공기를 데웁니다. 바스켓에는 가스통을 보통 네통 정도 싣고 비행을 합니다.

< 구피 (envelope) >

구피란 말은 일본식 말인데 보통 구피라고 부릅니다. 엔벌로프라고 부르는 것이 좀 더 타탕하지 않을까 합니다. 엔벌로프는 열기구의 풍선부분입니다. 엔벌로프는 주로 나일론 섬유에 폴리우레탄이나 실리콘을 코팅한 섬유를 사용합니다. 나일론 섬유는 강도가 강하고 무게가 가볍고 고온에도 견디기 때문입니다.

열기구의 제일 밑 부분 불이 닿을수 있는 쪽은 노맥스라는 듀폰에서 나온 섬유를 사용합니다. 듀폰의 노맥스는 불이 붙질 않아 소방복 같은 곳에 쓰이는 섬유인데 열기구에도 응용을 하고 있습니다.

< 버너 >

버너의 구조는 액체 프로판 가스를 기화시켜 강력한 불꽃을 만들어 내도록 설계되어 있습니다. 열기구 메이커마다 모양과 구조가 조금씩 다릅니다. 불은 계속 때는 것이 아니고 파이로트 램프는 항상 켜져 있으며 밸브를 조작하여 몇초간 불을 쏘고 몇초간 대기를 하고 그렇게 조작을 합니다. 유능한 조종사는 버너 조작을 잘 합니다.

< 바스켓 >

바스켓은 사람이 타고 장비가 적재됩니다. 1인승부터 몇 10인승까지크기가 아주 다양하며 모양 또한 일반적인 사각형과 삼각형의 바스켓도 있습니다. 바스켓에 적재되는 장비로는 연료로 사용되는 가스통과 비상시를 대비한 소화기, 고도계, 승강계등이 있습니다.

어떻게 조종을 할까요?

열기구는 바람과 똑같은 속도로 움직입니다. 그래서 아무리 센 바람속에 열기구가 들어가도 열기구를 타고 있는 사람은 속도감을 느낄수 없으며 머리카락도 날리지 않습니다. 바람이 부는대로 열기구가 흘러가기 때문에 조종사는 고도를 조정하여 방향을 찾아갑니다. 고도마다 바람방향이 틀리니깐요. 유능한 조종사는 고도별 바람방향을 재빨리 파악하여 가고자 하는 방향으로 열기구를 조종해 비행을 합니다.

위험하지는 않을까요?

안전수칙을 지켜 비행을 하면 추락할 염려는 전혀 없습니다. 모든 사고가 안전수칙을 지키지 않기 때문에 일어납니다. 공중에서 열기구의 부양력을 얻을수 있는 버너의 불이 꺼져더라도 열기구는 낙하산의 강하속도와 같은 속도로 하강하게 되어 있습니다.

비행용 계기는?

비행에 필요한 계기로는 고도계, 승강계, 온도계, GPS 등이 있습니다. 고도계는 현재 고도를 지시하는 계기이고, 승강계는 지금 올라 가는지 내려 가는지를 알수 있습니다. 온도계는 풍선내의 온도를 알 수 있고 기구내의 온도가 위험수준 이상으로 올라가는지를 감시 할 수 가 있습니다. GPS의 등장으로 현재위치와 고도와 비행방향을 알 수 있어 매우 편리하게 되었습니다.

< 기구의 종류 >

기구의 종류에는 열기구,가스기구,로지에르기구 이렇게 세가지가 있습니다. 신문이나 방송뉴스를 보니 가스기구를 열기구라고 부르는 사람도 있고, 세계일주를 한 오비터의 로지에르기구를 열기구로 부르는 사람도 있고, 심지어는 열기구를 애드벌룬이라고 부르는 사람도 있더군요.

< 가스기구 >

가스기구는 헬륨이나 수소를 이용하여 부양력을 얻습니다. 가스를 채우는데 비용이 많이 들기 때문에 가스기구를 하는 사람들은 초저녁에 이륙하여 그 다음날 아침까지 10시간 이상씩 기구를 타기도 합니다.

< 체험비행 및 조종교육 >

열기구 조종은 굉장히 쉽습니다. 열기구를 조종하는데 특별한 능력이 필요하지 않습니다. 바람을 잘 이해하고 가스에 대한 안전의식이 열기구 조종의 전부입니다. 초등학생도 할 수 있는게 열기구 조종입니다.

만 14세 이상이 되어 조종교육을 받고 20시간 이상 비행을 하면 열기구조종면허 시험에 응시 할 수 있습니다.

열기구조종면허를 취득후 어느정도 조종할 수 있는 능력이 생기면 "대통령배 항공스포츠대회 열기구경기"에 도 출전할 수 있으며 외국의 열기구대회에도 한국대표로 참가할 수 있습니다.

 

인용 : 엠파스, 네이버, 다움 지식 참고

1. 세계 최초로 기구를 만든 사람은 프랑스의 종이제조업자 몽골피에르 형제입니다. (조제프 몽골피에르와 자크 몽골피에르)

 이들 형제는 종이가 탈 때 그 재가 위로 뜨는 것을 보고 1783년 6월 5일 지름이 10.5m에 달하는 공기주머니를 종이로 만들고 그 아래에 짚을 태워 공기주머니 안의 공기를 데워서 한 300m 정도를 띄우는데 성공했고 이것이 기구의 시작이 되엇지요.    

 

2. 열기구가 뜨는 원리는 공기의 온도에 따른 밀도차이 때문인데 즉 밀도가 작은 공기가 위로 올라가기 때문에 부력(뜨는 힘)이 발생하는 것입니다.

공기는 (사람이 느끼기 힘들 정도로)가볍기는 하지만 나름 무게가 있거든요-.-;; 그런데 이 공기를 가열하면 부피가 늘어나면서 밀도가 작아지는 (정확한 의미는 아니지만 쉽게 말해서 가벼워 진다는 것)원리를 이용한 것 입니다.  

(샤를의 법칙-일정한 압력에서 기체의 온도가 높아지면 부피가 팽창한다.)

사실 샤를도 몽골피에르 형재가 처음으로 기구를 띄운 같은 해 8월 27일  고무로 만든 공기주머니에 수소가스를 불어넣어 최초의 가스기구를 띄워 올렸지만 열기구가 아닌 관계로( -.-;; 탈락) 

(대전에서 열기구 축제하죠)

 

3. 이와 같은 원리로 열기구가 뜨기 때문에 공기를 더 가열해 주거나 기구의 무게를 줄이는 방법(모래주머니를 떨어뜨리는 방법)으로 상승하고

하강할 때에는 공기의 온도를 낮추면(가열하던 것을 멈추는 방법) 되지요.

 

4. 그런데 이 열기구는 내부 동력이 없이 바람의 힘으로만 이동하기 때문에 조정사가 원하는 곳으로 가는 것이 무척 어렵지요.(말 그대로 바람이 부는데로 가는거죠-.-;;)

때문에 열기구로 여행하기 위해서는 비, 천둥번개, 난기류를 비롯한 습도, 고도에 따른 온도변화 바람의 방향을 여러가지 과학적인 방법으로 예측하여 이동해야 합니다.  내부 동력이 있는 가스 기구와는 차이가 있죠.

열기구(정확히는 열기구와 가스기구의 혼합형)를 이용하여 세계일주를 한 사람이 있는데 기구제작에 돈도 많이 들었지만 기상 예측이 더 힘들었다고 합니다.