靠重量或声音测量高度

在上一节中，气压计量出的大气压力帮我们算出了空气的重量。而这项属性还能帮我们大致算出大气的深度。既然气压取决于离地面的高度（确切地说是离海平面的高度），那么反过来说，也可以根据气压来确定高度。但是液态的水银气压计用起来既不方便又很笨重，在空中飞行的过程中尤其麻烦。因此，人们在实践中往往用另一种特殊的气压计来代替水银气压计，称为膜盒气压计。

想象有一个密闭的薄壁金属盒，里面形成了局部的真空环境，也就是说从中抽出了部分空气。它的形状就像一个低矮的圆柱体或一条盘卷的管子，上面连着装有指示器或指针的表盘。当外部压力增加的时候，盒子会收缩，指针便朝一边偏转。当外部压力减少的时候，盒子会略微膨胀，指针便朝反方向偏转。

这样一来，膜盒气压计就像个挂着货物的弹簧秤，称出了空气柱的重量。而它的指针非常忠实地指示着气压的变化，反映在水银柱的毫米刻度上。要是我们在长指针的末端装个笔尖，再给不断旋转的滚筒包张格子纸，令笔尖在纸上划过，便能将气压的变化以图像形式记录下来（图1-4）。这种仪器叫作气压自记仪，它不仅能测量气压，还能记录温度。它画下的曲线，也就是气压图能记录下任意时刻的气压变化，因为滚筒靠钟表机构驱动，横轴上的读数便能给出相当准确的时间。

图1-4　气压自记仪。中间是抽掉空气的三层小盒子。左边是一个由钟表机构带动旋转的大型半滚筒，上面包着纸张；长指针的轴固定在右边的支柱上，左边的指针尖端在纸上画出曲线。

要准确算出高度，就得用特殊的表格来调整膜盒气压计与气压自记仪的记录，并根据温度和湿度等因素对结果进行各种修正。不过，如果只是要大致估计，我们只需在气压计的表盘上加个高度的刻度，分别对应上不同的气压就行了，比方说每50～100米对应一个气压。这种能直接指示高度的仪器叫作高度计。然而，由于地表附近的气压总是在变，所以必须把高度量标与气压量标分离开来，方法是给高度量标设一个旋转装置，使它的零刻度总是能对上气压量标的刻度，不管地表附近的气压是多少。

高度计是一切飞行器和航班上首要的基本测量和导航仪器。如果同海上航行做个比较，我们大概可以把这个仪器比作测量深度的链锤——从本质上说该是如此。但你可别忘了一件糟糕的事：高度计测量的只是相对高度，也就是以它的指针与零刻度重合时的高度（通常就是起飞地的高度）为基准进行测量。如果是在平原上飞行，这倒没什么大不了的（气压不变或者说可忽略气压的影响）。可要是在丘陵或山区飞行，这一点就可能造成严重的后果。因为在这些地方，高度计的指数依然忠实地保持在1000～1500米，而这是相对起飞地点的高度，并不是相对地面的高度……万一又遭遇了雾或进了云层，飞行员就很容易驾机撞到山上。得有另一个真正好用的测深锤，它必须能测量出每个时刻飞行器距离地面的高度。

在这种情况下，气压计明显就不合适了。需要采用另外的原则。举个例子，如今已在仿照船上的回声定位仪，研制飞行器使用的声学测高仪。它确定当前时刻的深度或高度的原理是这样的：仪器释放出一阵尖锐的信号音（跟枪声差不多），然后测量回声从“底部”返回飞行器所需的时间。测出了准确的返回时间，结合声音在大气中的传播速度（每秒330米）和飞行器本身的速度，导航员便能无视起飞点和气压变化的影响，确定飞行器距离地面的绝对高度。

声学测高仪早在1929年就投入使用，被安装在跨洋远航和做陆地飞行的齐柏林飞艇上。