المنطاد (علم الطيران)

أول منطاد حمل ركابًا استخدم الهواء الساخن للحصول على الطفو، وقد بناه الأخوان جوزيف وإتيان مونغولفييه في أنوناي ، فرنسا عام 1783: وكانت أول رحلة ركاب في 19 سبتمبر 1783، حاملة خروفًا وبطة وديكًا.

كانت أول رحلة بالون مأهولة مربوطة بواسطة بالون مونغولفييه أكبر حجماً، ربما في 15 أكتوبر 1783. وكانت أول رحلة بالون حرة بواسطة نفس بالون مونغولفييه في 21 نوفمبر 1783.

عند تسخين الهواء، يتمدد، لذا يحتوي حجم معين من الفراغ على كمية أقل من الهواء. هذا يجعله أخف وزنًا، وإذا كانت قوة رفعه أكبر من وزن البالون الذي يحمله، فإنه سيرفع البالون إلى الأعلى. لا يستطيع منطاد الهواء الساخن البقاء في الهواء إلا إذا كان لديه وقود كافٍ لتشغيل موقده، للحفاظ على درجة حرارة الهواء المطلوبة.

استخدمت مناطيد الهواء الساخن المبكرة لعائلة مونغولفييه موقدًا يعمل بالوقود الصلب، والذي أثبت أنه أقل عملية من مناطيد الهيدروجين التي ظهرت على الفور تقريبًا، وسرعان ما انقرض استخدام مناطيد الهواء الساخن.

في خمسينيات القرن العشرين، أدت سهولة استخدام مواقد الغاز المعبأة في أسطوانات وانخفاض تكلفتها إلى إحياء رياضة ركوب المناطيد الهوائية لأغراض الرياضة والترفيه.

يتم التحكم في ارتفاع منطاد الهواء الساخن عن طريق رفع أو خفض الموقد حسب الحاجة، على عكس منطاد الغاز حيث يتم حمل أوزان التوازن في كثير من الأحيان بحيث يمكن إسقاطها إذا انخفض المنطاد كثيرًا، ومن أجل الهبوط يجب تهوية بعض غاز الرفع من خلال صمام.

صنع البروفيسور جاك شارل منطادًا يحمل إنسانًا باستخدام غاز الهيدروجين الخفيف للطفو، وحلّق به بعد أقل من شهر من رحلة مونغولفييه، في الأول من ديسمبر عام ١٧٨٣. تتميز مناطيد الغاز بقدرة رفع أكبر لحجم معين، لذا لا تحتاج إلى أن تكون كبيرة الحجم، كما أنها تستطيع البقاء في الجو لفترة أطول بكثير من الهواء الساخن، ولذلك سيطرت مناطيد الغاز على رياضة المناطيد طوال القرنين التاليين. في القرن التاسع عشر، كان من الشائع استخدام غاز المدينة المصنّع (غاز الفحم) لملء المناطيد؛ لم يكن هذا الغاز خفيفًا مثل غاز الهيدروجين النقي، إذ كانت قدرته على الرفع نصف قدرة غاز الهيدروجين تقريبًا، ولكنه كان أرخص بكثير ومتوفرًا بسهولة.

تُعدّ بالونات الغاز الخفيف هي السائدة في التطبيقات العلمية، لقدرتها على الوصول إلى ارتفاعات أعلى بكثير ولفترات أطول. وعادةً ما تُملأ بالهيليوم. ورغم أن الهيدروجين يتمتع بقدرة رفع أكبر، إلا أنه قابل للانفجار في جو غني بالأكسجين . وباستثناءات قليلة، فإن مهمات البالونات العلمية غير مأهولة.

يوجد نوعان من بالونات الغاز الخفيف: بالونات الضغط الصفري وبالونات الضغط الفائق. تُعد بالونات الضغط الصفري الشكل التقليدي لبالونات الغاز الخفيف. تُنفخ جزئيًا بالغاز الخفيف قبل الإطلاق، ويكون ضغط الغاز متساويًا داخل البالون وخارجه. ومع ارتفاع بالون الضغط الصفري، يتمدد الغاز بداخله للحفاظ على فرق الضغط الصفري، ويتمدد غلاف البالون.

في الليل، يبرد الغاز داخل البالون ذي الضغط الصفري وينكمش، مما يؤدي إلى هبوطه. ولا يستطيع هذا النوع من البالونات الحفاظ على ارتفاعه إلا عن طريق إطلاق الغاز عندما يرتفع عالياً جداً، حيث قد يُهدد الغاز المتمدد بتمزق غلافه، أو عن طريق إطلاق أوزان التوازن عندما ينخفض ​​إلى مستوى منخفض جداً. ويُحدّ فقدان الغاز وأوزان التوازن من قدرة البالونات ذات الضغط الصفري على البقاء في الجو لبضعة أيام فقط.

على النقيض من ذلك، يتميز البالون ذو الضغط الفائق بغلاف متين وغير مرن يُملأ بغاز خفيف تحت ضغط أعلى من ضغط الغلاف الجوي الخارجي، ثم يُغلق بإحكام. لا يمكن للبالون ذي الضغط الفائق أن يتغير حجمه بشكل كبير، وبالتالي يحافظ على حجم ثابت عمومًا. كما يحافظ على ارتفاع ذي كثافة ثابتة في الغلاف الجوي، ويمكنه الاستمرار في الطيران حتى يبدأ تسرب الغاز تدريجيًا في إنزاله. ^{[ 3 ]}

توفر بالونات الضغط الفائق قدرة على الطيران تمتد لأشهر، بدلاً من أيام. في الواقع، في العمليات الاعتيادية، تنتهي مهمة بالون الضغط الفائق الأرضي بأمر من مركز التحكم الأرضي لفتح الغلاف، وليس بتسرب طبيعي للغاز.

تُستخدم البالونات عالية الارتفاع كمركبات جوية لحمل الأجهزة العلمية (مثل بالونات الأرصاد الجوية )، أو للوصول إلى ارتفاعات قريبة من الفضاء لالتقاط صور أو لقطات للأرض. يمكن لهذه البالونات أن تحلق على ارتفاع يزيد عن 30.5  كيلومترًا (100,000 قدم)، وهي مصممة للانفجار عند ارتفاع محدد حيث تُفتح المظلة لإعادة الحمولة بأمان إلى الأرض. ^{[ 4 ]}

تستخدم تقنية الطيران بالبالونات العنقودية العديد من البالونات الصغيرة المملوءة بالغاز.

لم تكن المناطيد الهوائية الساخنة المبكرة قادرة على البقاء محلقة لفترات طويلة نظرًا لاستهلاكها الكبير للوقود، بينما كانت المناطيد الهيدروجينية المبكرة صعبة الارتفاع أو الانخفاض حسب الرغبة لأن الطيار لم يكن يستطيع تفريغ الغاز أو إسقاط الأثقال إلا لعدد محدود من المرات. أدرك بيلاتر دي روزييه أنه في الرحلات الطويلة، مثل عبور القناة الإنجليزية ، سيحتاج الطيار إلى الاستفادة من اختلاف اتجاهات الرياح على ارتفاعات مختلفة. ولذلك، كان من الضروري التحكم الجيد في الارتفاع مع القدرة على البقاء محلقة لفترة طويلة. فقام بتطوير منطاد مُركّب مزود بكيسين للغاز، وهو منطاد روزييه . يحتوي الكيس العلوي على الهيدروجين ويوفر معظم قوة الرفع الثابتة. أما الكيس السفلي فيحتوي على هواء ساخن ويمكن تسخينه أو تبريده بسرعة لتوفير قوة الرفع المتغيرة اللازمة للتحكم الجيد في الارتفاع.

في عام 1785، انطلق بيلاتر دي روزييه في محاولة لعبور القناة الإنجليزية، ولكن بعد وقت قصير من بدء الرحلة، اشتعلت النيران في كيس غاز الهيدروجين، ولم ينجُ دي روزييه من الحادث الذي تلا ذلك. وقد أكسبه هذا الحادث لقب "أول من طار وأول من مات".

لم يتم تطوير التكنولوجيا التي تسمح بالتشغيل الآمن لنوع روزييه إلا في ثمانينيات القرن الماضي، على سبيل المثال باستخدام الهيليوم غير القابل للاشتعال كغاز رافع، وقد نجحت العديد من التصاميم في القيام برحلات طويلة المدى.

كبديل للطيران الحر، يمكن ربط المنطاد لضمان إقلاعه وهبوطه بشكل موثوق في نفس الموقع. وقد رُبطت بعض رحلات المناطيد الأولى لأسباب تتعلق بالسلامة، ومنذ ذلك الحين، استُخدمت هذه التقنية لأغراض عديدة، منها المراقبة العسكرية والقصف الجوي، والاستخدامات الأرصادية والتجارية.

يكون الشكل الكروي الطبيعي للبالون غير مستقر في الرياح العاتية. أما البالونات المربوطة والمخصصة للاستخدام في ظروف الرياح، فتُثبّت عادةً بتصميم انسيابي وربطها بالحبل بواسطة نظام تثبيت. وتُسمى هذه البالونات بالبالونات الطائرة الورقية .

يختلف منطاد الطائرة الورقية عن منطاد الكايتوون ، الذي يحصل على جزء من قوة رفعه ديناميكيًا هوائيًا.

ذُكرت المناطيد الهوائية غير المأهولة في التاريخ الصيني. ففي عهد الممالك الثلاث (220-280 ميلادي)، استخدم تشوغي ليانغ، حاكم مملكة شو هان ، فوانيس محمولة جواً للإشارات العسكرية. تُعرف هذه الفوانيس باسم فوانيس كونغ مينغ ( Kǒngmíng dēng孔明灯). ^{[ 5 ] [ 6 ]} تعرّف الجيش المغولي على فانوس كونغ مينغ من الصينيين واستخدمه في معركة ليغنيتسا خلال الغزو المغولي لبولندا. ^{[ 7 ]} وفي كتابه "الطيران ليس مستحيلاً كما كان يُعتقد سابقاً"، قدّم النبيل والعالم البولندي تيتوس بوراتيني مفهوم الطيران باستخدام غاز أخف من الهواء. ^{[ ٨ ]} في عام ١٧٠٩، نجح رجل الدين البرازيلي البرتغالي بارتولوميو دي غوسماو في رفع بالون مملوء بالهواء الساخن داخل غرفة في لشبونة . وفي ٨ أغسطس/آب ١٧٠٩، تمكن غوسماو في لشبونة من رفع بالون صغير مصنوع من الورق بالهواء الساخن لمسافة أربعة أمتار تقريبًا أمام الملك جواو الخامس والبلاط البرتغالي. ^{[٩] [١٠] [١١] [١٢] [١٣ ] [ ١٤ ] كما ادعى أنه بنى بالونًا أطلق عليه اسم باسارولا ( الطائر الكبير} ) وحاول رفع نفسه من قلعة سانت جورج في لشبونة، وهبط على بعد كيلومتر واحد تقريبًا. ومع ذلك ^، يبقى هذا الادعاء غير مؤكد، فعلى الرغم من وجود سجل لهذه الرحلة في المصدر الذي يستخدمه الاتحاد الدولي للطيران، إلا أن المسافة الدقيقة وظروف الرحلة لم يتم تأكيدها. ^{[ ١٥ ]}

بعد عمل هنري كافنديش عام 1766 على الهيدروجين ، اقترح جوزيف بلاك أن البالون المملوء بالهيدروجين سيكون قادراً على الارتفاع في الهواء.

أُجريت أول رحلة طيران مأهولة مسجلة في منطاد هوائي ساخن بناه الأخوان مونغولفييه في 21 نوفمبر 1783. ^{[ 15 ]} انطلقت الرحلة من باريس ووصلت إلى ارتفاع 500 قدم تقريبًا. قطع الطياران، جان فرانسوا بيلاتر دي روزييه وفرانسوا لوران دارلاند ، مسافة 8.9 كيلومتر تقريبًا في 25 دقيقة. 

في الأول من ديسمبر عام 1783، قام البروفيسور جاك شارل والأخوان روبرت بأول رحلة بالمنطاد الغازي، انطلاقاً من باريس أيضاً. حلق منطادهم المملوء بالهيدروجين إلى ارتفاع يقارب 600  متر  ، وظل محلقاً لأكثر من ساعتين، وقطع مسافة 43  كيلومتراً  ، وهبط في بلدة نيسل لا فالي الصغيرة .

قام الكونت باولو أندرياني، برفقة راكبين آخرين، بأول رحلة بالون إيطالية في 25 فبراير 1784، على متن منطاد صممه وبناه الأخوة جيرلي الثلاثة. وبعد أيام قليلة، في 13 مارس 1784، أُقيم عرضٌ عام في بروغيريو ، حيث حلق المنطاد على ارتفاع 1537  مترًا (5043  قدمًا) لمسافة 8  كيلومترات (5  أميال). ^{[ 16 ]} وفي 28 مارس، حظي أندرياني بتصفيق حار في دار أوبرا لا سكالا ، ثم مُنح لاحقًا وسامًا من الإمبراطور جوزيف الثاني، إمبراطور الإمبراطورية الرومانية المقدسة .

شارك دي روزييه، برفقة جوزيف بروست ، في رحلة جوية أخرى في 23 يونيو 1784، على متن نسخة معدلة من أول منطاد لعائلة مونغولفييه، والذي سُمي "لا ماري أنطوانيت" تيمناً بالملكة. انطلق المنطاد أمام ملك فرنسا والملك غوستاف الثالث ملك السويد. حلق المنطاد شمالاً على ارتفاع حوالي 3000 متر، فوق السحب، قاطعاً مسافة 52  كيلومتراً في 45 دقيقة قبل أن يجبره البرد والاضطرابات الجوية على الهبوط فوق لوزارش ، بين كوي وأوري لا فيل ، بالقرب من غابة شانتيي.

قام جيمس تيتلر بأول صعود بالمنطاد في بريطانيا في 25 أغسطس 1784 في إدنبرة ، اسكتلندا، في منطاد هوائي ساخن .

وقع أول حادث تحطم طائرة في مايو 1785، عندما تضررت بلدة تولامور ، في مقاطعة أوفالي بأيرلندا، بشدة جراء تحطم منطاد، مما أدى إلى اندلاع حريق أتى على حوالي 100 منزل، لتصبح بذلك البلدة مسرحًا لأول كارثة طيران في العالم . وحتى يومنا هذا، يصور شعار البلدة طائر الفينيق وهو ينهض من الرماد.

نُشرت عدة أعمال مبكرة حول الطيران بالبالونات بعد هذه الرحلات الأولى، مستخدمةً مصطلح " الطيران" الذي أصبح الآن مصطلحًا مهجورًا للإشارة إلى بناء البالونات وتشغيلها وتوجيهها. نُشر كتاب تيبيريوس كافالو " تاريخ وممارسة الطيران" عام 1785. ^{[ 17 ]} كتب الكاتب المسرحي فريدريك بيلون مسرحية بعنوان "الطيران" عام 1785. ^{[ 18 ]} نُشرت كتب أخرى حول هذا الموضوع، أشارت إليه أيضًا باسم "الطيران"، ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} بما في ذلك كتاب مونك ماسون . ^{[ 22 ]}

قام جان بيير بلانشارد بأول رحلة مأهولة بمنطاد في أمريكا في 9 يناير 1793، بعد جولة أوروبية لتحطيم الرقم القياسي لأول رحلة منطاد في دول من بينها هولندا النمساوية وألمانيا وهولندا وبولندا . انطلق منطاده المملوء بالهيدروجين من ساحة سجن في فيلادلفيا ، بنسلفانيا . وصل ارتفاع الرحلة إلى 1770 مترًا (5800 قدم) وهبط في مقاطعة غلوستر، نيو جيرسي . وكان الرئيس جورج واشنطن من بين الضيوف الذين شاهدوا الإقلاع. أما صوفي بلانشارد ، زوجة جان بيير، فكانت أول امرأة تقود منطادها الخاص وأول امرأة تتخذ من الطيران بالمنطاد مهنةً لها. ^{[ 23 ]}   

في 29 سبتمبر 1804، أصبح أبراهام هوبمان أول هولندي يقوم برحلة ناجحة بالمنطاد في هولندا . ^{[ 24 ]}

أصبحت المناطيد الغازية النوع الأكثر شيوعًا من تسعينيات القرن الثامن عشر حتى ستينيات القرن العشرين. يُعد منطاد المراقبة العسكري الفرنسي "لانتريبيد" (L'Intrépide) الذي يعود تاريخه إلى عام 1795 أقدم طائرة محفوظة في أوروبا، وهو معروض في متحف التاريخ العسكري في فيينا. كتب جول فيرن قصة قصيرة واقعية، نُشرت عام 1852، عن تجربة شخصية حيث تقطعت به السبل على متن منطاد هيدروجيني. ^{[ 25 ]}

أُجريت أول رحلة ناجحة لمنطاد في أستراليا بواسطة ويليام دين عام 1858. كان منطاده مملوءًا بالغاز، وقطع مسافة 30  كيلومترًا وعلى متنه شخصان. ^{[ 26 ]} وفي 5 يناير 1870، انطلق تي. غيل من منطقة دومين في سيدني. كان منطاده بطول 17 مترًا ومحيط 31 مترًا، واستغرق صعوده، وهو جالس على الشبكة، حوالي ميل واحد قبل أن يهبط في غليب. ^{[ 27 ]}

قام هنري جيفارد أيضاً بتطوير منطاد مربوط لنقل الركاب عام 1878 في حديقة التويلري بباريس. أما أول منطاد مربوط في العصر الحديث فقد صُنع في فرنسا، في قلعة شانتيي عام 1994، على يد شركة أيروفيل إس إيه .

تطورت رياضة ركوب المناطيد كنشاط ترفيهي. وحظيت بدفعة كبيرة عندما اكتشف تشارلز غرين أن غاز الفحم المتوفر بكثرة ، والذي كان يُستخدم آنذاك في المدن، يُعطي نصف قوة الرفع التي يُعطيها الهيدروجين، الذي كان يتطلب تصنيعه خصيصاً. في عام 1836، قام غرين برحلة جوية لمسافة تقارب 500 ميل من لندن، إنجلترا، إلى فايلبرغ في ألمانيا. ^{[ 28 ]}

كان أول استخدام عسكري للبالون في معركة فلوروس عام 1794، عندما استخدم الفيلق الفرنسي للطيران بالونات "لانتريبرينان" لمراقبة تحركات العدو. وفي 2 أبريل 1794، تم إنشاء فيلق للطيران في الجيش الفرنسي؛ إلا أنه نظراً للمشاكل اللوجستية المرتبطة بإنتاج الهيدروجين في ساحة المعركة (إذ تطلب الأمر بناء أفران وسكب الماء على حديد شديد السخونة)، تم حل الفيلق عام 1799.

حدث أول استخدام رئيسي للبالونات في المجال العسكري خلال الحرب الأهلية الأمريكية مع تأسيس فيلق البالونات التابع لجيش الاتحاد في عام 1861.

خلال حرب الباراغواي (1864-1870)، استخدم الجيش البرازيلي مناطيد المراقبة .

استخدم سلاح المهندسين الملكي البريطاني المناطيد عام 1885 لأغراض الاستطلاع والمراقبة خلال حملتي بيتشوانالاند والسودان . ورغم إجراء تجارب في بريطانيا منذ عام 1863، لم تُنشأ مدرسة لتعليم المناطيد في تشاتام، ميدواي، كينت إلا عام 1888. وخلال حرب البوير (1899-1902)، استُخدمت مناطيد المراقبة. فقد حُفظ منطاد سعته 11,500 قدم مكعب (330 مترًا ^مكعبًا ) منفوخًا لمدة 22 يومًا، وسار مسافة 165 ميلًا إلى ترانسفال مع القوات البريطانية. ^{[ 29 ]} 

استُخدمت البالونات المملوءة بالهيدروجين على نطاق واسع خلال الحرب العالمية الأولى (1914-1918) لرصد تحركات قوات العدو وتوجيه نيران المدفعية. وكان المراقبون يُبلغون الضباط على الأرض بتقاريرهم عبر الهاتف، والذين بدورهم ينقلون المعلومات إلى الجهات المعنية. وكثيراً ما كانت البالونات هدفاً للطائرات المعادية، التي كانت تُجهز غالباً برصاص حارق لإشعال الهيدروجين.

أنشأ الجيش الأمريكي شارة الطيارين في الحرب العالمية الأولى للدلالة على أفراد الخدمة المؤهلين لقيادة المناطيد. واستمر استخدام مناطيد المراقبة لفترة طويلة بعد الحرب العالمية الأولى، حيث استُخدمت في الحروب الروسية الفنلندية، وحرب الشتاء (1939-1940)، وحرب الاستمرار (1941-1945).

خلال الحرب العالمية الثانية، أطلق اليابانيون آلاف البالونات الهيدروجينية الحارقة على الولايات المتحدة وكندا. وفي عملية "أوتوارد " ، استخدم البريطانيون البالونات لنقل مواد حارقة إلى ألمانيا النازية . وفي عام 2018، أُطلقت بالونات وطائرات ورقية حارقة من غزة باتجاه إسرائيل، مما أدى إلى احتراق نحو 12 ألف دونم (3 آلاف فدان) في إسرائيل. ^{[ 30 ]}

تستخدم الحكومة الكورية الجنوبية ونشطاء من القطاع الخاص ممن يدعون إلى الحرية في كوريا الشمالية بالونات هيليوم ضخمة . تحلق هذه البالونات لمئات الكيلومترات عبر الحدود حاملةً أخبارًا من العالم الخارجي، وأجهزة راديو غير قانونية، وعملات أجنبية، وهدايا من مستلزمات النظافة الشخصية. وقد وصف مسؤول عسكري كوري شمالي هذه الممارسة بأنها "حرب نفسية"، وهدد بمهاجمة كوريا الجنوبية إذا استمر إطلاقها. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

أعاد إد يوست تصميم منطاد الهواء الساخن في أواخر خمسينيات القرن الماضي ، مستخدمًا أقمشة النايلون المقاومة للتمزق ومواقد البروبان عالية الطاقة ، ليُنتج بذلك منطاد الهواء الساخن الحديث. وقد قام بأول رحلة تجريبية لهذا المنطاد، والتي استغرقت 25 دقيقة وقطعت مسافة 5  كيلومترات ،   في 22 أكتوبر 1960 في برونينغ، نبراسكا . وقد أدى تصميم يوست المُحسّن لمنطاد الهواء الساخن إلى انطلاق حركة منطاد الهواء الساخن الرياضية الحديثة. واليوم، تُعدّ منطاد الهواء الساخن أكثر شيوعًا بكثير من منطاد الغاز.

في أواخر سبعينيات القرن العشرين، قام رائد المناطيد البريطاني جوليان نوت ببناء منطاد باستخدام تقنيات اعتقد أنها كانت متاحة لحضارة نازكا في بيرو قبل نحو 1500 إلى 2000 عام، وأثبت قدرته على الطيران. ^{[ 33 ]} وفي عام 2003، ^{[ 34 ]} تكهن نوت بأن حضارة نازكا ربما استخدمته كأداة لتصميم خطوط نازكا . ^{[ 33 ]} كما كان نوت رائدًا في استخدام الطاقة الهجينة ، حيث تُعد الطاقة الشمسية مصدرًا حراريًا هامًا، وفي عام 1981 عبر القناة الإنجليزية . ^{[ 35 ]}

تم تركيب مناطيد الغاز المربوطة كألعاب ترفيهية في باريس منذ عام 1999، وفي برلين منذ عام 2000، وفي ديزني لاند باريس منذ عام 2005، وفي حديقة حيوانات سان دييغو البرية منذ عام 2005، وفي عالم والت ديزني في أورلاندو منذ عام 2009، ومنطاد DHL في سنغافورة في عام 2006. يتم تصنيع مناطيد الغاز المربوطة الحديثة بواسطة شركة Aerophile SAS .

تُصنع مناطيد الهواء الساخن المستخدمة في الطيران الرياضي أحيانًا بتصميمات خاصة للإعلان عن شركة أو منتج، مثل مطفأة الحريق من نوع تشاب الموضحة في الصورة.