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几何学的细节——气球容量的计算——双层气球——气球的外表——吊篮——神秘的仪器——供应和储备——最后的总量
弗格森博士筹划他的探险计划已经很长时间。我们很容易理解,用气球作为空中飞行的绝妙工具,是博士一直最关心的问题。
开始,为了不使气球的体积太大,他决定向气球内填充氢气,因为氢气和空气的重量比为14.5:1。制造氢气很容易。在迄今为止的飞行试验中,氢气产生的效果最令人满意。
根据精确的计算,博士发现,他在旅行中携带的必需品和仪器的总重量达4000磅,因此他必须找到足够升力的气球来承载这样的重量,而气球的容量必须足够大。
移动重4000磅的物体需要44847立方英尺的空气。或者换一种说法,44847立方英尺的空气大约重4000磅。
如果将容积为44847立方英尺的气球内充满氢气,而代替普通空气——氢气的重量仅是普通空气的1/14.5,那么气球的重量则为276磅,这样就会产生一个3724磅的重量差,打破空气的平衡。气球内的气体重量与气球四周的空气重量之间的差异,就会形成气球的升力。
可是,如果把我们说的44847立方英尺的气体全部充入气球,气球就会被充得满满的。不过,这样做不行,因为随着气球在大气层中的高升,空气的密度会越来越小,那么气球里的气体就会逐渐膨胀,并可能胀破气球,因此气球内的气体一般只能填充总容积的三分之二。
但是,博士根据只有他自己才会明白的计划,他决定只向气球内填充一半的气体,因为他必须携带44847立方英尺的氢气,而且还要使他的气球具有几乎双倍的容积。
博士将气球的外形设计为最适宜的椭圆形,水平直径为50英尺,垂直直径为75英尺(1)。如此一来,这个椭圆形的气球的容积就增加到了90000立方英尺。
如果弗格森博士可以同时使用两个气球,那么他成功的机会就会增大,因为即使其中一个气球在空中破裂,他也可以通过丢弃随身携带的重物,靠另一个气球维持正常运行。不过,如果必须使两个气球保持相等的升力,操作起来就会变得非常困难。
经过长时间的苦思冥想,弗格森博士终于找到一种巧妙的方法,既汇集了同时使用两个气球的长处,又克服了操作上的困难。他让人制作了两个大小不等的气球,并将小的一个装在大气球里面。外面的那个气球的尺寸就是刚才说过的。里面那个气球与外面的气球形状相同,只是体积较小,水平直径为45英尺,垂直直径为68英尺,因此里面这个小气球的体积只有67000立方英尺。小气球可以在四周的气体中自由浮动,而两个气球之间有一道阀门,可以根据需要将它们连通。
这种设计的长处是,如果不得不排除一些气体使气球下降,可以先放掉大气球中的一些气体,甚至必要时将大气球中的气体全部排空,也不会影响里面的小气球。这时,可以将外面那个气球像抛掉多余的重物一样扔掉,而剩下的这只小气球尽管装满氢气,却也不会像只装一半气体的气球那样在气流中摇摆。
此外,即使出现意外事故,比如外面的大气球不幸被撕破,里面的小气球也能依然完好无损。
两只气球都是用坚固而又轻柔的里昂丝绸制作,而且外面涂了一层马来橡胶。这种粘稠树脂性物质具备绝对的防水性,同样也耐酸和绝对防止气体外泄。气球的椭圆形顶部采用了双层丝绸设计,因为那里承受的压力最大。
这种经过加工的气球表层可以长久保持气体不泄漏,而它的重量每9平方尺仅为半磅。因此,外层大气球的表面积为11600平方英尺,重量为650磅。里面的小气球的表面积为9200平方英尺,重量仅有510磅。如此算来,两只气球的总重量为1160磅。
用以承载吊篮的绳网是由一种韧性极强的麻绳编制而成,其中的两个阀门最费时费力,正像制造轮船的船舵样是重中之重。
气球的吊篮为圆形设计,直径15英尺,由荆条编织而成,并以轻型铁架进行加固,而且底部设有具有保护作用的弹簧,以减缓冲击力。吊篮和绳网的总重量不超过280磅。
除了上述设计,博士还命人用两分(2)厚的铁皮制作了两个箱子。箱子之间由带有开关的细管连接,而开关由直径约为两寸(3)的螺旋形细管连接。螺旋形细管的末端为两根长短不同的直管,长的一根直管仅有25英尺,短的只有15英尺。
铁皮箱镶嵌在吊篮中,而且尽量缩小占据的空间。由于螺旋形细管将来才可以使用,因此暂时打包处理。另外,一个电力极强的本森电池也是单独处理的。这套仪器设计得非常巧妙,甚至加上一个可以储存25加仑(4)水的特制水箱,全部重量也没有超过700磅。
为旅行准备的工具还包括两个气压计、两个温度计、两个罗盘、一个六分仪、两个计时器、一个人工地平仪和一个地平经纬仪——用以测定远方或难以接近的物体的海拔高度。格林威治天文台愿意为博士提供各种帮助。但是,博士并不打算进行任何物理试验,他只不过是想利用这些工具辨认沿途的方向,测定主要河流、山川和城镇的位置。
博士还亲自动手准备了三只经过可靠试验的铁锚,以及一个轻便但却非常坚韧的50英尺长的绳梯。
同时,对于随身携带的食物重量,博士也做了精确的计算。这些食物包括茶叶、咖啡、饼干、咸肉和干肉饼——完全依据营养含量高而体积小的原则。除了采购足量的上等白兰地外,他还准备了两只水箱,其中每只水箱可以储存22加仑淡水。
随着各种食物的不断消耗,气球承载的重量也会逐渐减轻。大家都很清楚,飘浮在大气中的气球对于重量极为敏感,即使失去几乎微不足道的重量,也会使它产生十分显著的变化。
博士既没有忘记吊篮上的遮阳伞,也没有忘记用以旅行的毯子、被褥等卧具,还有猎枪和来复枪,以及必备的火药和子弹。
对于随身携带的各种物品的重量,博士做了如下统计:
弗格森……………135磅
肯尼迪……………153磅
乔…………………120磅
外层气球重量……650磅
内层气球重量……510磅
吊篮和绳网………280磅
铁锚、工具、遮阳伞、各种卧具、枪支、帐篷等………190磅
肉、干肉饼、饼干、茶叶、咖啡、白兰地…………386磅
水…………………400磅
各种仪器…………700磅
氢气重量…………276磅
气球压舱物………200磅
合计4000磅
这就是弗格森博士计划随身携带的4000磅重量的清单。照他的说法,为了应付“无法预料的紧急事件”,他只携带了200磅的压舱物。由于他准备的各种仪器性能齐全,因此他并不认为这些压舱物会有使用的机会。
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(1) 这个尺寸并不稀奇。1784年,蒙戈尔菲耶先生在里昂制造了一个容量为340000立方英尺的气球,即大约容积为2000立方米,可以承载20000磅的重量。——原注
(2) 分,1分约2.25毫米
(3) 寸,1寸约27.07毫米。
(4) 加仑,每加仑相当于4.546公升。