Высотный аэростат - High-altitude balloon

BLAST высотный аэростат непосредственно перед запуском 12 июня 2005

Высотные воздушные шары являются или экипажем необитаемых воздушные шары , как правило , заполненные гелием или водородом , которые высвобождаются в стратосферу , как правило , достигая от 18 до 37 км (11 и 23 ми; 59000 и 121 000 футов) над уровнем моря . В 2002 году аэростат BU60-1 достиг рекордной высоты в 53,0 км (173 900 футов).

Самый распространенный вид высотных аэростатов - это метеозонды . Другие цели включают использование в качестве платформы для экспериментов в верхних слоях атмосферы. Современные воздушные шары обычно содержат электронное оборудование , такие как радио передатчиков , камеры или навигационные спутниковых системы, такие как GPS - приемники.

Эти воздушные шары запускаются в так называемый « ближний космос », определяемый как область атмосферы Земли между пределом Армстронга (18–19 км (11–12 миль) над уровнем моря), где давление падает до такой степени, что человек не могут выжить без герметичного костюма и линии Кармана (85 км (53 миль) над уровнем моря), где астродинамика должна взять верх над аэродинамикой, чтобы поддерживать полет.

Из-за низкой стоимости GPS и коммуникационного оборудования полеты на воздушном шаре на большой высоте являются популярным хобби , и такие организации, как UKHAS, помогают в разработке полезных нагрузок.

Пример изображения с воздушного шара для хобби, запущенного Make Stuff Club из колледжа Каламазу.
Фотография сделана с метеозонда весом 1500 г (3,3 фунта) на высоте примерно 100000 футов (19 миль; 30 км) над Орегоном.
Латексный метеозонд разорвался на высоте около 29,5 км (18,3 миль; 97000 футов)

История

Первый водородный баллон

Во Франции в 1783 году в первом публичном эксперименте с воздушными шарами, наполненными водородом, участвовали Жак Шарль , французский профессор физики, и братья Робер , известные конструкторы физических инструментов.

Чарльз предоставил большое количество водорода , который ранее производился в небольших количествах, смешав 540 кг (1190 фунтов) железа и 270 кг (600 фунтов) серной кислоты . Воздушный шар, названный Charlière, заполнился за 5 дней и был запущен с Марсова поля в Париже, где 300 000 человек собрались, чтобы посмотреть представление. Воздушный шар был запущен и поднялся сквозь облака. Расширение газа привело к разрыву воздушного шара, и он снизился через 45 минут в 20 км от Парижа.

Высотные аэростаты с экипажем

Высотные аэростаты с экипажем использовались с 1930-х годов для исследований и поиска рекордов высоты полета . Известные полеты на воздушном шаре с экипажем на большой высоте включают три рекорда, установленные для высочайшего прыжка с парашютом, первый установлен Джозефом Киттингером в 1960 году на высоте 31 300 м для Project Excelsior , за ним следует Феликс Баумгартнер в 2012 году на высоте 38 969 м для Red Bull Stratos и последний раз Алан Юстас в 2014 году. 41 419 м.

Использует

Высотные воздушные шары без экипажа используются в качестве исследовательских аэростатов , в образовательных целях и любителями. Общие области применения включают метеорологию, атмосферные и климатические исследования, сбор изображений из ближнего космоса, приложения для любительской радиосвязи и субмиллиметровую астрономию .

Рассмотрены возможности использования высотных аэростатов в телекоммуникациях и космическом туризме . Частные компании, такие как zero2infinity и World View Enterprises , разрабатывают высотные аэростаты с экипажем и без экипажа для научных исследований, коммерческих целей и космического туризма. Станции на высотных платформах были предложены для таких приложений, как реле связи.

Любительские высотные полеты на воздушном шаре

Полезная нагрузка любительского высотного аэростата для научных целей. Встроенный компьютер Arietta G25, нестандартная печатная плата и различные датчики (температура, давление, пассивный датчик излучения). Фотография сделана после полета.

Высотные воздушные шары часто запускаются студентами и любительскими группами на высоту порядка 30 000 м (98 000 футов) как в научных, так и в образовательных целях, и они стали популярными среди образовательных учреждений и энтузиастов, поскольку не требуют больших ресурсов для проведения. запуск.

Радиолюбительские высотные полеты на воздушном шаре

Тестирование радиодиапазона часто является важной составляющей этих увлечений. Любительское радио часто используется с пакетной радиосвязью для связи со скоростью 1200 бод с использованием системы, называемой автоматической системой передачи пакетов данных, с наземной станцией. Меньшие пакеты, называемые микро- или пико- трекерами, также создаются и работают под меньшими воздушными шарами. Эти меньшие трекеры использовали азбуку Морзе , Field Hell и RTTY для передачи своего местоположения и других данных.

Первые зарегистрированные запуски радиолюбительских высотных аэростатов состоялись в Финляндии по программе Ilmari 28 мая 1967 года и в Германии в 1964 году.

Программа ARHAB

Изображение горизонта Земли, полученное с расстояния 26 км (16 миль) во время полета ARHAB.

Любительские радиолюбители полеты на больших высотах ( ARHAB ) - это применение аналогового и цифрового любительского радио к метеозонду, название, предложенное Ральфом Валлио (радиолюбительский позывной W0RPK) для этого хобби. ARHAB, которую часто называют «космической программой Пурмана», позволяет любителям конструировать действующие модели космических кораблей и запускать их в космическую среду. Считается, что Билл Браун (радиолюбительский позывной WB8ELK) начал современное движение ARHAB с его первого запуска воздушного шара с радиолюбительским передатчиком 15 августа 1987 года.

Полет ARHAB состоит из воздушного шара, спасательного парашюта и полезной нагрузки из одного или нескольких пакетов. Полезная нагрузка обычно содержит любительский радиопередатчик, который позволяет отслеживать полет до места посадки для восстановления. На большинстве рейсов используется трекер автоматической системы передачи пакетов (APRS), который получает информацию о своем местоположении от приемника глобальной системы позиционирования (GPS) и преобразует его в цифровую радиопередачу. Другие полеты могут использовать аналоговый радиомаяк и отслеживаются с помощью методов радиопеленгации . Для длительных полетов часто необходимо использовать высокочастотные передатчики, изготовленные по индивидуальному заказу, и протоколы медленных данных, такие как радиотелетайп (RTTY), Hellschreiber , код Морзе и PSK31 , для передачи данных на большие расстояния с использованием небольшого заряда батареи. Для использования любительских радиопередатчиков в полете ARHAB требуется лицензия любительского радио, но любительские радиопередатчики можно использовать без лицензии.

Помимо оборудования слежения, другие компоненты полезной нагрузки могут включать датчики, регистраторы данных, камеры, передатчики любительского телевидения (ATV) или другие научные инструменты. Некоторые рейсы ARHAB несут упрощенный пакет полезной нагрузки под названием BalloonSat .

Типичный полет ARHAB использует стандартный латексный метеозонд, длится около 2–3 часов и достигает высоты 25–35 км (16–22 миль). Эксперименты с воздушными шарами нулевого давления, воздушными шарами сверхдавления и латексными шарами с клапанами увеличили время полета до более чем 24 часов. Полет с нулевым давлением, совершенный в марте 2008 года по программе " Дух Ноксвилля", продолжался более 40 часов и приземлился у берегов Ирландии, на расстоянии более 5400 км (3400 миль) от точки старта. 11 декабря 2011 года рейс номер CNSP-11 калифорнийского проекта ближнего космоса с позывным K6RPT-11 запустил рекордный полет, пролетевший 6 236 миль (10 036 км) от Сан-Хосе, штат Калифорния , до приводнения в Средиземном море . Полет длился 57 часов 2 минуты. Он стал первым успешным трансконтинентальным аэростатом США и первым успешным трансатлантическим радиолюбительским высотным аэростатом. С тех пор было совершено несколько полетов вокруг Земли с использованием аэростатов из полиэтиленовой пленки сверхвысокого давления.

Каждый год в Соединенных Штатах на Суперстарте Великих равнин (GPSL) проходит большое собрание групп ARHAB.

Программа МЕДВЕДЬ

Эксперименты на воздушном шаре с любительским радио (BEAR) - это серия экспериментов с воздушными шарами на большой высоте в Канаде, проводимых группой операторов-радиолюбителей и экспериментаторов из Шервуд-Парка и Эдмонтона, Альберта. Эксперименты начались в 2000 году и продолжились с BEAR-9 в 2012 году, достигнув 36,010 км (22,376 миль). Эти воздушные шары сделаны из латекса , заполненного либо гелий или водород . Вся полезная нагрузка BEAR оснащена системой слежения, состоящей из приемника GPS , кодировщика APRS и модуля радиопередатчика. Другие экспериментальные модули полезной нагрузки включают Радиолюбительский crossband ретранслятор, а цифровая камера , все из которых содержится в изолированной коробке пены приостановлено ниже баллона.

BalloonSat

Изображение пяти спутников BalloonSats вскоре после запуска в полет ARHAB.

BalloonSat - это простой пакет, предназначенный для проведения легких экспериментов в ближнем космосе. Они являются популярным введением в инженерные принципы в некоторых курсах средней школы и колледжа. BalloonSats перевозятся в качестве дополнительной полезной нагрузки на рейсах ARHAB. Одна из причин, по которой спутники BalloonSat просты, заключается в том, что они не требуют включения оборудования слежения; в качестве вторичной полезной нагрузки они уже перевозятся капсулами слежения.

Space Grant запустил программу BalloonSat в августе 2000 года. Она была создана как практический способ познакомить новых студентов-естественников и студентов-инженеров, интересующихся космическими исследованиями, с некоторыми фундаментальными инженерными технологиями, навыками работы в команде и основами космоса и наук о Земле. Программа BalloonSat является частью курса, преподаваемого Space Grant в Университете Колорадо в Боулдере.

Часто конструкция BalloonSat имеет ограничения по весу и объему. Это поощряет передовые инженерные практики, создает проблемы и позволяет включать множество спутников BalloonSats в полет ARHAB . Материалом планера обычно является пенополистирол или пенопласт, поскольку они легкие, легкие в обработке и обеспечивают достаточно хорошую изоляцию.

Большинство из них оснащены датчиками, регистраторами данных и небольшими камерами, управляемыми схемами таймера. Популярные датчики включают температуру воздуха, относительную влажность, наклон и ускорение. Эксперименты, проводимые внутри BalloonSats, включали такие вещи, как содержащиеся в неволе насекомые и продукты питания.

Перед запуском большинство спутников BalloonSats необходимо пройти тестирование. Эти тесты предназначены для обеспечения правильной работы BalloonSat и получения научных результатов. Испытания включают замачивание в холоде, испытание на падение, функциональное испытание и взвешивание. Испытание на замачивание в холоде имитирует сильные низкие температуры, которые будет испытывать BalloonSat во время своей миссии. Запуск и посадка могут быть травматичными, поэтому испытание на падение требует, чтобы BalloonSat держался вместе и продолжал работать после резкого падения. Функциональное испытание подтверждает, что экипаж BalloonSat может подготовить BalloonSat на стартовой площадке.

Спутник на геостационарном воздушном шаре

Stratobus дирижабль
Спутник на геостационарном воздушном шаре
Геостационарный дирижабль-спутник

Геостационарные воздушные шары-спутники ( GBS ) - это предлагаемые высотные воздушные шары, которые будут парить в средней стратосфере (от 60000 до 70000 футов (от 18 до 21 км) над уровнем моря) в фиксированной точке над поверхностью Земли и, таким образом, действовать как атмосферные аналоги спутники. На этой высоте плотность воздуха составляет 1/15 от уровня моря . Средняя скорость ветра на этих уровнях меньше, чем у поверхности. Двигательная установка позволила бы воздушному шару двигаться и сохранять свое положение. GBS будет питаться от солнечных батарей по пути к своему местоположению, а затем будет получать энергию лазера от вышки сотовой связи, над которой он парит.

GBS можно использовать для предоставления широкополосного доступа в Интернет на большой территории. Лазерная широкополосная связь подключит GBS к сети , которая затем сможет обеспечить большую зону покрытия из-за более широкой линии обзора над кривизной Земли и беспрепятственной зоны Френеля .

Космический аэростат в Аризоне

World View Enterprises построила и управляет космодромом для воздушных шаров (высотным воздушным портом) в округе Пима, штат Аризона .

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки