Được truyền cảm hứng từ khí cầu khí nóng, nhà phát minh Jacques Charles quyết định chế tạo khí cầu chạy bằng hydro mà ông cho là an toàn hơn.
Minh họa Jacques Charles và chuyến bay khí cầu hydro chở người đầu tiên của ông với Nicolas-Louis Robert ngày 1/12/1783. (Ảnh: Amusing Planet).
Ngày 4/6/1783, anh em Montgolfier lần đầu tiên trình diễn công khai khí cầu chạy bằng khí nóng ở miền nam nước Pháp. Khí cầu làm từ vải bao tải lót giấy, bay lên tới độ cao gần 2 km và duy trì trạng thái trên không trong 10 phút. Tin tức về thành công của họ nhanh chóng lan đến Paris và gây hứng thú cho Jacques Charles, nhà phát minh kiêm nhà khoa học người Pháp am hiểu các tính chất của khí.
Sau khi nghiên cứu những công trình của nhà nghiên cứu Robert Boyle và những người cùng thời như Henry Cavendish, Joseph Black, Tiberius Cavallo, Charles tin rằng hydro phù hợp để nâng khí cầu hơn không khí nóng. Ông cho rằng khí cầu khí nóng khá nguy hiểm với ngọn lửa để hở, hydro dễ cháy nhưng được bọc hoàn toàn trong khí cầu nên an toàn hơn.
Jacques Charles quyết định chế tạo khí cầu mới. Ông thuê hai kỹ sư, anh em Anne-Jean Robert và Nicolas-Louis Robert, để giúp chế tạo thứ mà sau này sẽ trở thành khí cầu hydro đầu tiên trên thế giới. Để tài trợ cho công việc tốn kém này, nhà tự nhiên học kiêm nhà địa chất Barthélemy Faujas de Saint-Fond mở một quỹ đăng ký công khai và bán vé cho cuộc trình diễn khí cầu. Giới thượng lưu Paris, sau khi chứng kiến chuyến bay ấn tượng của anh em nhà Montgolfier vài tuần trước đó, hào hứng đăng ký.
Charles thiết kế khí cầu và đề nghị anh em Robert chế tạo một túi khí nhẹ nhưng kín khí. Anh em Robert nghĩ ra phương pháp hòa tan cao su trong dung dịch nhựa thông và dùng dung dịch này để quét lên các tấm lụa, khiến chúng trở nên kín khí. Sau đó, họ khâu các tấm lụa lại với nhau làm lớp vỏ chính.
Khí cầu tương đối nhỏ, đường kính khoảng 4m và chỉ có thể nâng khoảng 9kg. Để bơm hydro vào khí cầu, trước tiên, một lượng lớn acid hydrochloric được đổ vào thùng chứa mạt sắt. Lượng hydro sinh ra được đưa vào khí cầu qua một ống nối từ thùng.
Quá trình bơm khí cầu hydro đầu tiên. (Ảnh: National Air and Space Museum)
Ngày 27/8/1783, khí cầu hydro không chở người đầu tiên trên thế giới cất cánh từ Champ de Mars, Paris. Khí cầu bay lên đúng lúc một cơn giông bắt đầu kéo đến. Nhưng thời tiết xấu không làm mất đi sự nhiệt tình của đám đông tập trung bên dưới. Khí cầu bay thẳng lên trời và mất hút giữa những đám mây chỉ trong vài phút.
Khoảng 45 phút sau khi cất cánh, khí cầu đã mất một phần hydro, hạ độ cao và đáp xuống một ngôi làng nằm cách Paris 24km về phía bắc. Dân làng khi đó không biết về sự tồn tại của khí cầu và sợ hãi trước sự xuất hiện bất ngờ từ trên trời. Họ tấn công vật thể kỳ lạ bằng nhiều dụng cụ nông nghiệp và cả súng.
Phấn khích trước thành công của chuyến bay đầu tiên, Charles và anh em nhà Robert bắt đầu chuẩn bị cho nỗ lực tiếp theo - đưa một hoặc hai người lên khí cầu. Ngày 1/12/1783, Charles và Nicolas-Louis leo lên khí cầu và bay lên độ cao khoảng 500 m. Họ bay trong 2 tiếng 5 phút, di chuyển được 36 km, sau đó hạ cánh an toàn xuống đồng bằng Nesle, phía bắc Paris lúc Mặt Trời lặn.
Nicolas-Louis bước xuống còn Charles lại cất cánh, lần này bay nhanh lên độ cao khoảng 3.000 m và lại nhìn thấy Mặt trời. Tuy nhiên, cơn đau nhói ở tai do áp suất khí quyển thấp bắt đầu khiến ông khó chịu và phải hạ xuống. Ông tiếp đất nhẹ nhàng tại Tour du Lay, cách đó khoảng 3km.
Bất chấp chuyến bay thành công này, Charles quyết định không bay nữa dù vẫn tiếp tục thiết kế khí cầu. Một trong những thiết kế của ông là khí cầu dài và có thể điều khiển hướng, được chế tạo theo đề xuất của nhà toán học Pháp Jean Baptiste Meusnier. Phương tiện này trang bị tấm lái hướng và mái chèo để tạo lực đẩy, nhưng chúng tỏ ra không hiệu quả.
Vào ngày 15/7/1784, anh em Robert bay trên khí cầu này trong 45 phút. Anh em Robert sau đó tiếp tục bay với M. Collin-Hullin vào ngày 19/9/1784. Họ bay trong 6 tiếng 40 phút, vượt qua quãng đường 186 km từ Paris đến Beuvry gần Béthune, trở thành những người bay trên khí cầu đầu tiên di chuyển hơn 100km.