Hafif bir gazla dolu olduğu için havada yükselebilen balonlar, uçakların ve bütün hava taşıtlarının öncüsüdür. Bu basit taşıt, genellikle kumaştan, kâğıttan ya da ipekten yapılan ve sıcak hava, hidrojen ya da helyum gibi havadan daha hafif bir gazla şişirilen büyük bir torbadan oluşur. Dışarıdan hava girmemesi ve içindeki gazların dışarı sızmaması için üstü kauçukla kaplanan küre ya da sosis biçimindeki bu torbayı saran bir ağın ya da iplerin ucuna da yolcuları taşıyacak olan bir sepet bağlanır.
Havada serbestçe süzülebilen ve bir halatla yere bağlı olan iki tip balon vardır. Serbest balonlar daha çok atmosferin üst katmanlarının incelenmesinde ve balon yarışlarında, yere bağlı balonlar ise genellikle radyo yayınlarının iletilmesinde, reklam amacıyla ve savaş zamanında kentleri ya da limanları alçaktan yapılacak hava akınlarına karşı korumak için hava barikatı olarak kullanılır.
Bir balonun havada yükselmesi, suya atılan bir cismin yüzmesiyle aynı ilkeye dayanır. Her ikisi de kendi hacmi kadar hava ya da su kütlesinin yer değiştirmesine yol açar. Taşıdığı bütün donanım ve yolcularla birlikte balonun ağırlığı yer değiştiren hava kütlesinin ağırlığından az olduğu sürece balon havada yükselecek, içindeki gazın bir bölümünü yitirdiğinde ise hacmi azalacağından alçalmaya başlayacaktır.
Uçuştan önce havalanmaması için balon iplerle yere bağlanır ya da sepetine ağırlık konur. İpleri kesilerek ya da ağırlığı boşaltılarak serbest bırakılan balon, yerini kapladığı havanın ağırlığı kendi ağırlığına eşit oluncaya kadar yükselir. Yükseklik arttıkça havanın yoğunluğu azaldığı için, belli bir yükseltide iki ağırlık dengelenir ve balon daha yükseğe çıkamaz. Eğer bu eşiği aşarak daha yükselmek isterse pilotun, balondaki “safra”ları, yani kum torbalarını atarak balonun ağırlığını, alçalmak için de balondaki gazın bir bölümünü boşaltarak havanın uyguladığı yükselme kuvvetini azaltması gerekir. Ama ne atılan safra, ne boşaltılan gaz uçuş sırasında yeniden yerine konamayacağı için, pilotun balonu yükseltip alçaltma olanakları oldukça kısıtlıdır. Üstelik rüzgârla sürüklenen balonun yatay hareketini yönlendirme olanağı hiç bulunmadığından, balon bir yerden bir yere ulaşmak için kullanışlı bir hava taşıtı değildir. Bu yüzden balonların yerini çok geçmeden havagemisi de denen güdümlü balonlar almıştır. Sürüklenerek değil, itme kuvvetiyle yol almasını sağlayan bir motoru ve havada yönlenmesini sağlayan bir dümen donanımı olan güdümlü balonlar gerçek anlamda hava taşıtı sayılır
18. yüzyılın sonlarına kadar insanların balonla havalanmayı akıl etmemiş olması oldukça gariptir. Çünkü sıcak havayla doldurulmuş bir balonun uçması herkesin düşünebileceği kadar basit bir olaydır. Ama nedense 1782’ye kadar hiç kimse, bir ateşten çıkan dumanların yükselmesinin ne kadar önemli sonuçları olabileceğini düşünmemişti. Ancak o tarihte Fransız Joseph ve Etienne Montgolfier kardeşler, ateşten yükselen dumanların hareketini ilk kez bilimsel açıdan incelemeye başladılar ve dumanın her zaman aynı biçimde hareket etmesini “kaldırma kuvveti” denen bir kuvvetin varlığına bağladılar.
Dumanı kâğıttan bir torba içinde toplayınca ne olacağını denemek isteyen Montgolfier kardeşler böylece ilk balonu yaptılar: Kâğıt torba hızla mutfağın tavanına doğru yükseldi. Bunun üzerine büyük bir hevesle işe koyulan iki kardeş, gitgide daha büyük ipek torbalar kullandılar ve balonu yükselten kaldırma kuvvetinin dumandan değil sıcak havadan kaynaklandığını bilemediklerinden, bol duman elde etmek için ateşi yün ve samanla beslediler.
Bir yıl sonra buluşlarını dünyaya duyurmaya hazır duruma gelen Montgolfier kardeşler, 5 Haziran 1783’te, yaşadıkları Annonay köyünün meydanında büyük bir ateş yakıp 9 metre çapındaki ipek bir balonu dumanla şişirdiler. İzleyenlerin şaşkın bakışları arasında 1,5 kilometreden fazla yükselen balon, içindeki hava soğuyunca alçalarak yere indi.
Haber hızla yayıldı ve Fransız Bilimler Akademisindeki bilim adamlarının bile ilgisini çekti. Akademi üyeleri balonu sıcak hava yerine havadan daha hafif bir gazla doldurmayı düşündüler. O sırada İngiliz bilim adamı Henry Cavendish hidrojen gazını yeni bulmuştu ve havadan 15 kat daha hafif olan bu gaz bu amaca çok uygun görünüyordu. Konuyla ilgilenen Jacques Alexandre César Charles adlı bir Fransız, bir balonu doldurabilecek kadar hidrojeni elde etmeyi başardı ve Ağustos 1783’te Paris’teki Champde-Mars meydanından havalanan ilk Charliére balonu 24 km uzakta, böyle bir deneyden haberi olmayan yöre halkının şaşkın bakışları arasında yere indi.
Ne var ki, bu ilk balonları doldurmakta kullanılan hidrojen kolayca alevlenen çok yanıcı bir gazdı ve birçok insanın yaşamına mal oldu. Bu yüzden, çok daha sonraları bulunan ve yanıcı olmayan helyum gazı balonları doldurmakta hidrojenin yerini aldı.
İlk balonlar hiç yolcu taşımadan havada kendi kendine süzülürdü. 1783 Eylül’ünde Joseph Montgolfier yüksekliğin canlılar üzerinde ne gibi etkileri olacağını görmek için bir koyun, bir horoz ve bir ördeği balonun altına bağladığı bir kafesle havaya uçurdu. Hayvanların sağ salim yere inmesi ve deneyin başarıyla sonuçlanması üzerine insanlı uçuşlar için hazırlıklara başlandı.
İlk gönüllüler Jean François Pilâtre de Rozier ile Arlandes markisi oldu. İki arkadaş 21 Kasım 1783’te çok süslü bir balonla tarihin ilk insanlı uçuşunu gerçekleştirdiler ve Paris’ten havalanarak 23 dakika havada kaldılar.
Bir ay sonra Jacques Charles ve Nicolas-Louis Robert bir hidrojen balonuyla iki saatlik bir uçuş denemesi, hemen ardından da Charles tek başına 35 dakikalık bir uçuş yaptı. Gazın bir bölümünü boşaltarak alçalmak için balonun üstüne bir supap takmayı ve balona sarılan bir ağın altındaki halkaya bir sepet bağlamayı ilk akıl eden de Charles’dır.
Bu yeni buluş büyük bir hızla dünyaya yayıldı ve Fransız Jean-Pierre Blanchard ile ABD’li John Jeffries 7 Ocak 1785’te Manş Denizi’ni ilk kez havadan, balonla aştılar. Balonların bilimsel araştırmalarda büyük yarar sağlayacağı kısa sürede fark edildi ve yüksekteki seyreltik (düşük yoğunluklu) havanın insan vücudu üzerindeki etkilerini ilk inceleyen Jeffries oldu. Fransız kimya bilginleri Joseph Gay-Lussac ile Jean Biot da 1804’te balonla 4 bin metreye kadar yükselerek havanın yapısını ve yüksekliğin hayvanlar üzerindeki etkilerini araştırdılar. 1862’de balonlarla artık 10 bin metrenin üstündeki yükseltilere ulaşılabiliyordu.
Balon uçuşlanndaki en üzücü olaylardan biri İsveçli kâşif Salomon August Andrée’nin Kuzey Kutbu’nu balonla aşma denemesidir. Andrée ve iki arkadaşı, çoktandır düşledikleri bu balon yolculuğunu gerçekleştirmek üzere 11 Temmuz 1897’de Spitzberg’ten yola çıktılar. Ertesi gün bir posta güvercini her şeyin yolunda gittiği haberini getirdi ve onlardan alman son haber bu oldu. 1930’da bir Norveç araştırma ekibi, havalandıkları tarihten tam 33 yıl sonra ve öngörülen rotanın çok doğusundaki Beyaz Ada’da Andrée ve arkadaşlarının donmuş cesetlerini bir rastlantı sonucunda buldu.
20. yüzyılın başlarında güdümlü balonların ve uçakların hızla gelişmesi balonculuğu gölgede bıraktı. Ama balonla uçuş meraklıları hiçbir zaman azalmadı ve 1906-39 arasında her yıl düzenlenen uluslararası Gordon Bennett Kupası’nın öncülüğünde balonculuk ve balon yarışları bir spor etkinliği olarak yerleşti.
1930’ların başlarında bilim adamları çok yüksekteki atmosfer koşullarını incelemek için balondan yararlanmayı tasarladılar. Ağustos 1932’de Auguste Piccard ve Paul Kipfer balonla 16.200 metre yüksekliğe çıktılar. Bu yolculukta, ilk balonlardaki açık sepet yerine kapalı ve basınçlı bir kabin kullandılar. Bu yuvarlak metal kabinin yararı, hem içindeki havanın istenen basınçta tutulabilmesi, hem de deniz düzeyinden çok daha az oksijen içeren yukan atmosferde bile solunum için yeterli oksijeni bulundurabilmesiydi. İnsanlı bir balonun bugüne kadar çıkabildiği en büyük yükseklik 37.740 metredir. Bu uçuşu ABD’li Nicholas Piantanida 22 Ekim 1965’te Güney Dakota’da gerçekleştirmiştir. Resmi kurullarca onaylanan yükseklik rekora ise 1961’de Meksika Körfezi üzerinde uçan Malcolm Ross’un ulaştığı 34.668 metredir.
Atlas Okyanusu’nu balonla geçmek için ilk deneme 1958’de yapıldıysa da bu uçuş ancak 20 yıl sonra başanlabildi. Ağustos 1978’de Ben Abruzzo, Max Anderson ve Larry Newman’dan oluşan bir ekip ABD’deki Presque Adası’ndan havalanıp Fransa’daki Miserey’e inmeyi başardı. 5.023 kilometrelik bu yolculuk yaklaşık altı gün sürmüştü. 1981’de de Japonya’daki Nagaşima’dan yola çıkan Abruzzo, Newman, Ron Clark ve Rocky Aoki bu kez Büyük Okyanus’u aşarak ABD’deki California’ya ulaştılar. 8.550 kilometrelik bu uçuş da 84 saat 31 dakika sürdü. 1987’de ABD’li işadamı Richard Branson ile İsveçli balon pilotu Per Linstrand, atmosferin yukarı katmanlarındaki hızlı hava akımlarından yararlanarak Atlas Okyanusu’nu 30 saat 41 dakikada aştılar.
1936’da Piccard, o güne kadar balon kılıflarının yapımında kullanılan ipek ya da kauçuk kaplanmış pamuklu kumaşlar yerine daha hafif olan ve gaz sızdırmayan selofan kullanımını başlatmıştı. Bugün bu amaçla polyester ya da polietilen kullanılır.
Balonların Savaşta Kullanılması
Savaşta balonlardan yararlanma düşüncesi ilk kez Fransız Devrimi sırasında doğdu. İki Fransız, Avusturyalılar’ın kuşatması altında olan Maubeuge kentinden bir balonla havalanınca, bütün hareketlerinin izlendiği kanısına kapılarak güvenlerini yitiren Avusturyalılar hemen kuşatmayı kaldırarak geri çekildiler. 1794’te de Fleurus’deki çarpışmalar sırasında bir balonla atış menzilinin çok üstüne yükselen Fransızlar savaşı havadan izlediler. 1870-71’deki Fransa-Prusya Savaşı’nda ise, kuşatma altındaki Paris’in öbür kentlerle haberleşmesi ve hükümet üyelerinin ülkenin işgal edilmemiş bölgelerine taşınması hep balonlarla sağlandı. I. Dünya Savaşı’nda (1914-18) sosis biçimindeki gözlem balonları bütün cephelerde kullanıldı ve düşman uçaklarının saldırılarını önlemek için balonlardan hava barikatları yapıldı.
II. Dünya Savaşı (1939-45) yıllarında İngiltere, Almanya ve ABD’de, tellerle birbirine bağlanmış balonlardan oluşan hava barikatları kuruldu. Bu barikatların amacı düşman bombardıman uçaklarını engellemek ya da dalışa geçerek bomba atmalarına fırsat vermemek üzere yüksekten uçmaya zorlamaktı.
1943-44 yıllarında Japonlar ABD’yi bombalamak için Japonya’dan binlerce balon gönderdiler. Ama bu balonlardan pek azı 8 bin kilometrelik Büyük Okyanus’u aşarak ABD’ye ulaştığı için fazla zarar veremedi.
Balonların Öbür Kullanım Alanları
İnsansız serbest balonlar, atmosferin üst katmanlarını incelemek için düzenli olarak kullanılır. Bu balonlar sıcaklık, basınç ve nem gibi atmosfer koşullarını her an otomatik olarak ölçen ve sonuçları radyo dalgalarıyla yeryüzündeki istasyonlara gönderen aygıtlarla donatılmıştır.
Ağustos 1960’ta ABD, alüminyum kaplı plastikten yapılmış bir balon uydu olan “Echo 1”i roketle uzaya fırlattı. Bu balon fırlatıldıktan sonra kendiliğinden şişiyor ve çapı 30 metreyi buluyordu. Dünya çevresinde yörüngeye oturtulan bu ilk haberleşme uydusunu 1964’te daha büyük olan “Echo 2” izledi. Her iki balon da, yeryüzündeki bir istasyondan yayınlanan radyo sinyallerini yansıtarak çok uzaktaki başka bir istasyona iletebiliyordu.