Balon nadciśnieniowy
Balon nadciśnieniowy (SPB) to rodzaj balonu aerostatycznego , w którym objętość balonu jest utrzymywana na względnie stałym poziomie w obliczu zmian ciśnienia otoczenia na zewnątrz balonu oraz temperatury zawartego gazu nośnego . Pozwala to balonowi na utrzymanie stabilnej wysokości przez długi czas. Kontrastuje to ze znacznie bardziej powszechnymi balonami o zmiennej objętości, które są albo tylko częściowo wypełnione gazem nośnym, albo wykonane z bardziej elastycznych materiałów. Nazywane również balonami dyniowymi lub balonami ultra dalekiego zasięgu (ULDB), zapieczętowane koperty balonów mają kształt dyni na wysokości lotu.
Operacja
W balonie o zmiennej objętości objętość gazu nośnego zmienia się w wyniku ogrzewania i chłodzenia w cyklu dobowym . Cykl jest wzmacniany przez efekt cieplarniany wewnątrz balonu, podczas gdy otaczający gaz atmosferyczny podlega znacznie bardziej ograniczonym cyklicznym zmianom temperatury. Gdy gaz nośny nagrzewa się i rozszerza, wyporność gazu atmosferycznego, podczas gdy ciężar balonu pozostaje stały. Jego wyporność wzrasta, a to prowadzi do wzrostu wysokości chyba że jest to kompensowane przez odpowietrzanie gazu. I odwrotnie, jeśli balon ostygnie i opadnie, konieczne staje się uwolnienie balastu . Ponieważ zarówno balast, jak i gaz są skończone, istnieje granica tego, jak długo balon o zmiennej objętości może kompensować, aby ustabilizować swoją wysokość.
W przeciwieństwie do tego balon nadciśnieniowy doświadcza mniejszych zmian wysokości bez manewrów kompensacyjnych. Ponieważ objętość balonu jest bardziej ograniczona, podobnie jak objętość wypartego przez niego powietrza. Zgodnie z prawem Archimedesa siła działająca na balon skierowana do góry jest równa ciężarowi wypartego gazu z otoczenia. W tym przypadku gaz otoczenia jest gazem atmosferycznym wypartym przez balon. Masa wypartego gazu atmosferycznego maleje wraz ze wzrostem balonu, ponieważ gęstość atmosfery maleje wraz ze wzrostem wysokości . Tak więc siła pchająca balon w górę maleje wraz z wysokością, a na pewnej określonej wysokości siła skierowana w górę jest równa ciężarowi balonu. W rezultacie balon pozostaje stabilny w skończonym zakresie wysokości równowagi przez długi czas.
Wadą jest to, że takie balony wymagają znacznie mocniejszych materiałów niż typy bezciśnieniowe.
Aplikacje
Balony nadciśnieniowe (SPB) są zwykle używane do bardzo długich lotów bezzałogowych eksperymentów naukowych w górnych warstwach atmosfery , gdzie temperatura gazów atmosferycznych jest dość stabilna w całym cyklu dobowym. W 1985 roku takie balony były używane przez aeroboty lecące na wysokości około 50 kilometrów (160 000 stóp) w atmosferze Wenus w międzynarodowym, kierowanym przez Sowietów programie Vega .
W lutym 1974 pułkownik Thomas L. Gatch Jr, USAR podjął próbę pierwszego przekroczenia Atlantyku balonem w balonie nadciśnieniowym o nazwie Light Heart . Po utracie co najmniej dwóch z dziesięciu balonów, które zapewniały siłę nośną, i po znacznym zboczeniu z kursu, który pułkownik Gatch zaplanował w celu wykorzystania strumienia odrzutowego , ostatnia zgłoszona obserwacja Light Heart miała miejsce 1610 kilometrów (1000 mil) na zachód od Wysp Kanaryjskich ; nigdy nie znaleziono dalszych śladów samolotu.
.jpg)
W marcu 2015 roku NASA wystrzeliła SPB na wysokość 110 000 stóp (34 000 m) na 32 dni z Nowej Zelandii i wylądowała w Australii po wykryciu wycieku. To był pierwszy lot SPB przez długi czas w cyklu dnia i nocy. Po całkowitym napompowaniu był wielkości stadionu piłkarskiego.
Google Project Loon wykorzystuje balony nadciśnieniowe o kontrolowanej wysokości, aby osiągnąć loty trwające ponad 300 dni.
SPB TRAVALB-2 przewyższył poprzednie loty balonem antarktycznym, pozostając w powietrzu przez 149 dni, 3 godziny i 58 minut po wystrzeleniu z miejsca NASA Long Duration Balloon (LDB) w LDB Camp, McMurdo Station , Antarktyda. Operacja była wspierana przez National Science Foundation i United States Antarctic Program . Po przerwaniu startu Travalb-1, Travalb-2 wystartował 29 grudnia 2019 r., Aby przetestować prognozy trajektorii balonu NASA na Antarktydzie i zbadać straty elektronów z pasów promieniowania Ziemi.
Super- Pressure Balloon-borne Imaging Telescope (SuperBIT) jest przygotowany na ponad 30-dniowy lot z systemu SPB NASA w marcu 2022 r. Wystrzelony z Wānaka w Nowej Zelandii, SuperBIT zamierza wykorzystać cykle dnia i nocy możliwe dzięki SPB w celu uzyskania przestrzennej jakości obrazowania ze stratosfery o ograniczonej dyfrakcji .
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Balon nadciśnieniowy NASA
- NASA Zdjęcie dnia „Aloft” przedstawiające balon nadciśnieniowy nad Antarktydą.
- Superciśnieniowy balon Notta