Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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 (173900 футов). [1]

Самый распространенный тип высотных аэростатов - метеозонд . 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 могли выжить без герметичного костюма и Мезопаузы (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 - популярное хобби , и такие организации, как UKHAS, помогают в разработке полезных нагрузок. [2] [3]

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 [ править ]

Первый водородный баллон [ править ]

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

Чарльз предоставил большое количество водорода , который ранее производился только в небольших количествах, смешав 540 кг (1190 фунтов) железа и 270 кг (600 фунтов) серной кислоты . Воздушный шар, названный Charlière, наполнялся 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 (12 миль) от Парижа. [4]

Высотные аэростаты с экипажем [ править ]

Высотные аэростаты с экипажем использовались с 1930-х по 1960-е годы для исследований и поиска рекордов высоты полета . [5] 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 , затем Феликс Баумгартнер в 2012 году на высоте 38 969 м для Red Bull Stratos и совсем недавно Алан Юстас в 2014 г. - 41419 млн.

Использует [ редактировать ]

Высотные аэростаты без экипажа используются в качестве исследовательских . Обычно используются метеорологические шары, а также исследования атмосферы и климата. Они также широко используются для сбора данных и изображений из ближнего космоса. Полеты на воздушном шаре на большой высоте используются в научных целях, например, в субмиллиметровой астрономии .

Рассматривались возможности использования высотных аэростатов в телекоммуникациях [6] и космическом туризме . [5] 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. [7] [8] Станции на высотных платформах были предложены для таких приложений, как реле связи.

Любительские полеты на больших высотах [ править ]

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

Студенты и любительские группы часто запускают высотные воздушные шары на высоту порядка 30 000 м (98 000 футов) как в научных, так и в образовательных целях, [2] [3] [9] [10] [11] и стали популярны среди учебных заведений и энтузиастов, так как не требуют больших ресурсов для проведения запуска. [12]

Радиолюбительские полеты на больших высотах [ править ]

Проверка дальности радиосвязи часто является важным компонентом 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 небольшие трекеры использовали азбуку Морзе , Field Hell и RTTY для передачи своего местоположения и других данных. [13]

Первые зарегистрированные запуски высотных аэростатов любительской радиосвязи произошли в Финляндии по программе Ilmari 28 мая 1967 года и в Германии в 1964 году. [14]

Программа ARHAB [ править ]

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 функционирующие 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 одной или нескольких упаковок. 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 местоположении от приемника глобальной системы позиционирования (GPS) и преобразует ее в цифровую радиопередачу. Другие полеты могут использовать аналоговый радиомаяк и отслеживаются с помощью методов радиопеленгации . В длительных полетах часто используются высокочастотные передатчики, изготовленные на заказ, и медленные протоколы передачи данных, такие как радиотелетайп (RTTY), Hellschreiber , код Морзе.и PSK31 для передачи данных на большие расстояния при небольшом заряде 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 эксперименты. 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 запуска. 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, 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. [15] [16] [17] [18] С тех пор было совершено несколько полетов вокруг Земли с использованием аэростатов из пластиковой пленки сверхдавления. [19] [20]

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

Программа BEAR [ править ]

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). [21] [22] В воздушные шары сделаны из латекса , заполненного либо гелий или водород . Вся полезная нагрузка BEAR содержит систему слежения, состоящую из приемника GPS , кодировщика APRS и модуля радиопередатчика. Другие экспериментальные модули полезной нагрузки включают ретранслятор с перекрестным диапазоном любительского радио ицифровой фотоаппарат , который находится в изолированном пенопласте, подвешенном под воздушным шаром.

BalloonSat [ править ]

Изображение пяти спутников BalloonSats вскоре после запуска в полет ARHAB.

BalloonSat - это простой пакет, предназначенный для проведения легких экспериментов в ближнем космосе. [23] 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.

Программа Space Grant запустила программу BalloonSat в августе 2000 года. Она была создана как практический способ познакомить новых студентов, изучающих космические науки, и инженеров, заинтересованных в изучении космоса, с некоторыми фундаментальными инженерными методами, навыками работы в команде и основами науки о космосе и Земле. Программа BalloonSat является частью курса, проводимого Space Grant в Университете Колорадо в Боулдере. [24]

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

Большинство несет с собой датчики, регистраторы данных и небольшие камеры, работающие от цепей таймера. Популярные датчики включают температуру воздуха, относительную влажность, наклон и ускорение. Эксперименты, проводимые внутри BalloonSats, включали в себя содержащихся в неволе насекомых 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. Тест на замачивание в холоде имитирует сильные низкие температуры, которые будет испытывать BalloonSat во время своей миссии. Запуск и посадка могут быть травматическими, 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.

Геостационарный аэростатный спутник [ править ]

Stratobus дирижабль
Геостационарный воздушный шар-спутник
Геостационарный дирижабль-спутник
Высотный дирижабль-спутник

Геостационарные воздушные шары-спутники ( GBS ) - это предлагаемые высотные воздушные шары, которые будут парить в 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 спутников. На этой высоте плотность воздуха составляет 1/10 от уровня моря . Средняя скорость ветра на этих уровнях меньше, чем у поверхности. [ необходима цитата ] 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 может использоваться для предоставления широкополосного доступа в Интернет на большой территории. Лазерная широкополосная связь подключит GBS к сети , которая затем может обеспечить большую зону покрытия из-за более широкой линии обзора над кривизной Земли и беспрепятственной зоны Френеля . [25] [26] [27]

Космический аэростат в Аризоне [ править ]

World View Enterprises построила и управляет космодромом (высотный воздушный порт) в округе Пима, штат Аризона . [28]

См. Также [ править ]

  • АРКАДА
  • Атмосферный спутник
  • BRRISON
  • Columbia Scientific Balloon Facility
  • Рекорд продолжительности полета
  • Геостационарный спутник
  • Станция на высотной платформе
  • Internet.org
  • Проект Loon
  • Привязанный дирижабль
  • World View Enterprises

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Исследование воздушного шара, чтобы парить на высоте более 50 км" . Институт космоса и астронавтики, JAXA . Проверено 29 сентября 2011 .
  2. ^ a b "Сделай сам воздушный шар отправлен на 30 км" . Боинг Боинг . 26 октября 2007 . Проверено 8 июня 2008 .
  3. ^ a b Макдермотт, Винсент (8 августа 2011 г.). «Космическая гонка для домашних мастеров» . Национальная почта . Архивировано из оригинала на 2013-02-28 . Проверено 28 декабря 2011 .
  4. ^ G. Pfotzer, " История использования воздушных шаров в научных экспериментах ", Space Science Reviews 13: 2 pp.200 (1972). Вылечено 11 февраля 2009 г.
  5. ^ a b Лопес-Урдиалес, Хосе Мариано (19 октября 2002 г.). «Роль воздушных шаров в будущем развитии космического туризма» (PDF) . Хьюстон, Техас . Проверено 13 июля 2015 года .
  6. ↑ Леви, Стивен (14 июня 2013 г.). «Как Google будет использовать воздушные шары для доставки Интернета во внутренние районы» . Проводной .
  7. Перейти ↑ Betancourt, Mark (июль 2015). «Увидеть мир со 100 000 футов» . Воздух и космос . Дата обращения 9 июля 2015 .
  8. Перейти ↑ Wall, M. (2014). World View to Loft: эксперименты во время испытательных полетов на воздушном шаре в этом году. "Space.com". Получено с http://www.space.com/26658-world-view-balloon-research-flights.html.
  9. ^ GSBC, Что такое воздушный шар большой высоты . Проверено 8 августа 2016 года.
  10. ^ MoCRiS, Луна, полученная с полезной нагрузки MoCRiS . Фотография дня в области наук о Земле (EPOD) 25 июня 2019 г.
  11. ^ UKHAS, Руководство для начинающих по полетам на воздушном шаре на большой высоте . Проверено 8 августа 2016 года.
  12. ^ "Введение в воздушные шары большой высоты" . Исследование космоса своими руками . Архивировано из оригинала на 1 сентября 2013 года . Проверено 13 июля 2015 года .
  13. ^ "Любительская радиоастрономия и сводки погоды" .
  14. ^ 06. декабрь 1964 - Erster Ballonstart mit Amateurfunk-Last in der DDR (на немецком языке), по состоянию на 8 августа 2016 г.
  15. ^ "Полет радиолюбителя на воздушном шаре пересекает Атлантику, устанавливает рекорды" . Американская радиорелейная лига . 2011-12-15 . Проверено 15 декабря 2011 .
  16. ^ Фернандес, Лиза (2011-12-15). «Две группы высотных воздухоплавателей Кремниевой долины соперничают за рекорд» . Новости Сан-Хосе Меркьюри . Проверено 15 декабря 2011 .
  17. ^ Бойл, Ребекка (2011-12-15). "Воздушный шар радиолюбителя летит из Калифорнии в Алжир" . Популярная наука . Проверено 15 декабря 2011 .
  18. ↑ Медоуз, Рон (12 декабря 2011 г.). «ЦНСП-11, К6РПТ-11 Полетная информация» . Калифорнийский проект ближнего космоса . Проверено 15 декабря 2011 .
  19. ^ "Воздушные шары, несущие полезные нагрузки любительской радиосвязи, все еще кружащие над Землей" . www.arrl.org .
  20. ^ "Воздушный шар партии, несущий полезную нагрузку радиолюбителя кругов Южного полушария во второй раз" . arrl.org .
  21. ^ Tousley, Нэнси (1 марта 2012). «Кевин Шмидт: большие надежды» . Канадское искусство . Архивировано из оригинала на 1 мая 2015 года . Дата обращения 8 августа 2016 .
  22. ^ Слоан, Барри. "Домашняя страница МЕДВЕДЯ" . Проверено 19 мая 2013 года .
  23. ^ "Exporer Scouts 632 BalloonSat слайд-шоу" (PDF) .
  24. ^ Келер, Крис. «BalloonSat: миссии на край космоса» . Государственный университет Юты . 16-я ежегодная конференция УрГУ по малым спутникам . Проверено 18 ноября 2015 года .
  25. ^ Изет-Унсалан, Кунсел; Унсалан, Дениз (2011). «Недорогая альтернатива спутникам - сверхвысокие воздушные шары на привязи». Материалы 5-й Международной конференции по последним достижениям космических технологий - РАСТ2011 . ieeexplore.ieee.org. С. 13–16. DOI : 10,1109 / RAST.2011.5966806 . ISBN 978-1-4244-9617-4. S2CID  26712889 .
  26. ^ Зи, Chong-Хунг (1989-04-30). Использование воздушных шаров в физике и астрономии . ISBN 9789027726360. Проверено 24 марта 2014 года .
  27. ^ "Геостационарные и полярно-орбитальные метеорологические спутники NOAA" . noaasis.noaa.gov. Архивировано из оригинального 25 августа 2018 года . Проверено 24 марта 2014 года .
  28. ↑ Эмили Каландрелли (19 января 2016 г.). «Аризона голосует за строительство космодрома для полетов на воздушном шаре» .

Внешние ссылки [ править ]

  • Spacenear.us Tracker отображение текущих запусков воздушных шаров
  • Коллекция технологий воздушных шаров Библиотеки космических полетов имени Годдарда НАСА
  • StratoCat - стратосферные воздушные шары. История и современность их использования в областях науки, военной и авиакосмической
  • Книга о космосе на Parallax.com
  • Калифорнийский проект ближнего космоса - группа ARHAB из Кремниевой долины с первым успешным трансатлантическим воздушным шаром
  • Stratofox Aerospace Tracking Team - группа слежения за CNSP и другими воздушными шарами и ракетами