열기구의 작동원리
열기구에 숨어 있는 기본 원리는 간단하다. 즉 공중에 떠 있도록 만들어진 장치인 것이다, 잠수함이 밸러스트를 이용해서 바다 한가운데 떠 있는 것과 마찬가지 방법을 이용해서 열기구는 하늘 한가운데 떠 있는 것이다. 많은 사람들은 거대한 열기구를 타고 비행하는 것을 자신들이 지금까지 경험해 본 것 중에 가장 평화롭고 재미있는 일이었다고 말하곤 한다. 단순히 하늘을 나는 것을 즐기고 싶다면 이와 비교할 만한 것은 없을 것이다. 엔진의 소음도 없다. 바람도 불지 않는다. 그리고 당신은 공중에서 사방이 뚫린 바구니 안에 서있는 것이다. 만일 어딘가에 가고 싶고 더구나 빨리 가야 된다면 열기구는 그다지 좋은 선택은 아닐 것이다. 열기구는 조종할 수도 없고 다만 바람이 부는 정도의 속도로밖에 여행할 수 없다. 그러나 일요일 오후 모험으로는 완벽한 선택이 아닐까 싶다. 그렇다면 열기구는 어떻게 해서 공중에 떠 있는 것일까? 어떤 물체가 유체 안에서 떠 있기 위해서는 유체의 일부를 밀어내고 그 자리를 차지해야만 한다. 예를 들면 454킬로그램의 보트가 물 위에 떠 있으려면 454킬로그램의 물을 밀어내야만 한다. 물은 1세제곱미터당 1,000킬로그램의 무게가 나가기 때문에 454킬로그램의 보트가 떠 있으려면 약 0.45세제곱미터의 물만 밀어내면 된다. 공기는 물보다 훨씬 가볍다. 사실 공기는 너무 가벼워서 무게가 없는 것으로 생각하기가 쉽지만 그 역시 무게를 가지고 있다. 지구에 있는 공기 1세 제곱피트는 28그램(약 1온스)의 무게가 나간다. 열기구가 떠 있으려면 기구 자체의 무게에 바스켓과 승객을 더한 무게와 같은 양의 공기를 밀어내야만 한다. 1 세제곱피트당 28그램이라면 많은 양의 공기에 해당하기 때문에 열기구가 그렇게 커야만 하는 것이다.
공기의 온도
뜨거운 공기는 차가운 공기보다 가벼운데, 얼마나 더 가벼운지는 그 온도 차에 달려 있다. 공기는 열을 가하면 팽창하기 때문에 가벼워진다. 열은 공기 중에 있는 분자를 활발하게 움직이게 만드는데, 이것은 이 분자들이 보다 빈번하게 보다 센 힘으로 서로 충동할다는 것을 의미한다. 따라서 뜨거운 공기분자는 차가운 공기 분자보다 적은 양이 있어도 같은 압력을 유지할 수 있다. 열기구는 주위에 있는 차갑고 밀도가 높은 공기보다 뜨겁고 밀도가 낮은 공기로 가득 차 있기 때문에 상승하는 것이다. 따라서 기구 내부에 있는 공기를 약 38℃정도로 가열하기만 하면 된다. 너무 가열하여 기구가 녹지 않도록 조심해야만 한다. 이정도의 온도에서 가열된 공기는 주위 공기보다 약 25퍼센트 정도 가벼워진다. 다른 말로 하면, 1세 제곱피트의 뜨거운 공기는 실내온도 하에서의 공기 1세 제곱피트보다 약 7그램 정도가 가볍다.
각부
열기구에는 세가지가 있어야 한다. 가벼운 재질로 만들어진 기낭(혹은 기구), 가열기, 바구니 혹은 선실, 기낭에는 가열된 공기가 들어가며 가열기에는 기낭에 들어 있는 공기를 뜨겁게 유지시킨다. 그리고 바구니 혹은 선실에는 승객이 탑승한다. 현대의 열기구는 프로판을 연소시켜서 공기를 가열한다. 프로판은 바구니에 있는 가벼운 실린더 속에 저장되어 있고 실린더는 바구니 위에 있는 버너와 부드러운 호스로 연결되어 있다. 연소된 프로판은 기낭에 있는 공기를 가열한다. 최신 열기구에서는 안쪽을 튼튼하게 강화한 코팅된 나일론으로 기낭을 만든다. 나일론은 가볍고 질기며 높은 온도에서 녹기 때문에 기구에 사용하기가 좋다. 기낭 아랫부분인 스커트(기낭 입구)는 기구에 불이 붙지 못하도록 방염물질로 코팅되어 있다. 항상 위로 움직이게 만드는 부력 때문에 뜨거운 공기는 기낭 밑에 있는 구멍을 통해서 밖으로 나가지 못한다. 밖에 있는 찬 공기가 점차 안에 있는 공기를 냉각시키지만 조종사가 정기적으로 버너에 불을 붙여서 열기구는 그대로 공중에 떠 있게 된다. 만일 조종사가 계속해서 버너를 작동시킨다면 기구는 계속 올라가게 될 것이다.