Hvordan et ballonbåret eksperiment kan gøre arbejdet med Hubble-rumteleskopet
Et astronomisk teleskop designet til at komplementere det aldrende Hubble-rumteleskop blev løftet fra New Zealands sydø den 16. april 2023. Men da en kugle på størrelse med et fodboldstadion steg lydløst og langsomt over Tauhinukorokio-bjergene, begyndte der at komme opkald fra beboere.
Lokale politi- og radiostationer var dog blevet orienteret af Nasa om, at den gigantiske heliumballon ville løfte det to tons tunge SuperBIT-teleskop til 40 km over havets overflade i løbet af de næste tre timer. Missionen, som vi var involveret i, var at teste, om et ballonbårent teleskop kunne tage billeder af dybt rum med høj nok opløsning til at studere det ukendte stof, kaldet mørkt stof, som er 85 % af alt materiale i universet.
Observationerne og den efterfølgende dataanalyse har bevist, at ballonbårne eksperimenter kan være lige så nyttige som dem, der opsendes af raketter, men er meget billigere. Det er nu op til videnskabsmænd, offentlige myndigheder og private virksomheder at få mest muligt ud af dem.
I den næste måned førte polære stratosfæriske vinde SuperBIT rundt i verden hver ottende dag, hovedsageligt over det antarktiske hav, men klippede spidsen af Sydamerika. Den gik, hvor vinden bar den, men kunne se i alle retninger.
Hver dag genopladede solpaneler sine batterier. Om natten fotograferede den himlen, inklusive Tarantula-tågen, en lyskilde 160.000 lysår væk og galaksehobe 20.000 gange længere væk.
Uden et stativ brugte SuperBIT gyroskoper til at stabilisere enhver svingning (vi opdagede, at stratosfæren er bemærkelsesværdig rolig … undtagen i turbulens over Andesbjergene, hvor SuperBIT engang faldt 1.000 fod). Det var det første ballonbårne teleskop, der opnåede Hubble-lignende ydeevne for de korte bølgelængder af lys, der er synlige for et menneskeligt øje.
Ballonen og teleskopet fortsatte med at fungere perfekt, men satellitkommunikationsforbindelser svigtede gradvist. Vi tror, at stråling beskadigede SuperBITs antenner. Vi kunne stadig downloade data ved at tabe harddiske, der er fastgjort til teleskopet, til jorden. Men i sidste ende ville Nasa have deres ballon tilbage, så vi bragte teleskopet ned med faldskærm til Argentina.
Dette var SuperBITs femte flyvning, der bygger på ti års transplantation.
Ballonfordele
I modsætning til orbitale missioner, hvis ballonnyttelast ikke virker første gang, kan de repareres og genstartes. Dette fremmer et enkelt, kreativt design. Komponenter, der nu har vist sig at fungere i rummet, omfatter hårgelé (til at holde ting), kyllingestegningsposer (for at holde dem varme) og dele af buer, der bruges af olympiske bueskytter (til at lade dem gå).
Fiasko og succes er begge muligheder for at lære. Efter hver flyvning laver vi og reparerer eller forbedrer teknologien. For eksempel, da kameraer hurtigt er blevet bedre og billigere, har vi udstyret SuperBIT med en ny sensor hvert år. Alt dette reducerer omkostningerne.
De fleste af omkostningerne ved traditionel rumflyvning er at mindske risikoen for fejl. Der er altid behov for kompromiser mellem sikkerhed, beskyttelse af dyrt udstyr og indhentning af data.
Hvis en ballonmission går galt, betyder det som regel mindre, for vi får udstyret tilbage. SuperBIT blev bygget hovedsageligt af canadisk Ph.D. studerende, som allerede har stiftet en ny teknologivirksomhed.
Risikostyring er anderledes for balloner, og Nasa får ikke altid balancen rigtigt. At vente på "perfekt" vejr og den perfekt designede ballon satte alle opsendelser fra Texas til grund i 2017. Fysisk umulige risikoberegninger, såsom en ballon, der sprængte tre gange, satte næsten fart på 2023-programmet.
En ballon kan kun sprænge én gang. Men Frankrigs og Canadas rumfartsorganisationer, US National Center for Atmospheric Research og UK Science Research Council har alle bevist, at en ballon kan relanceres med få dages mellemrum. Risikovurdering kan være mere realistisk. Ballonhold kan løbende teste, lege med og forbedre processen. For raketopsendelser er der kun én chance.
Voksende international interesse
Geografi er vigtig for at udvikle et vellykket nationalt ballonprogram. Lande med ekspansiv landmasse kan udføre korte flyvninger inden for deres eget luftrum, såsom Canada og USA. Nordeuropæiske lande kan bruge stabile og pålidelige sommervinde til at forlænge flyvninger over Atlanterhavet, for eksempel fra Skotland til Canada.
Lande kan også lancere fra partnernationers territorium rundt om i verden, såsom Storbritannien, der lancerer fra Australien.
Geopolitik påvirker også valget af flyvevej:en lektie, der er godt lært af den slyngelstatiske kinesiske ballon, der fløj over USA i 2023 og i sidste ende blev skudt ned. At krydse ethvert lands luftrum kræver tilladelse, og vi undgår krigszoner eller konfliktområder, hvor ballonen kan forveksles med et fjendtligt mål. Dette er en af grundene til, at vi lancerede fra New Zealand.
Regeringens interesse for nationale ballonprogrammer er stigende, da ny materialevidenskab og fremstillingsteknikker har skabt balloner, der holder på helium, hvilket forlænger flyvninger fra dage til måneder. USA bekræftede deres interesse i et regeringspapir fra 2023, og Canada, Frankrig og Sverige har længe etablerede ballonprogrammer.
Storbritannien kørte et verdensførende ballonprogram indtil 1990'erne. At opgive det mistede en mulighed for at uddanne videnskabsmænd og ingeniører til lederroller. Britiske hold inviteres stadig ofte til at deltage i franske eller amerikanske satellitmissioner, men vi leder eller bestemmer ikke længere, hvad der skal bygges. Vi forudser få tekniske, geografiske eller politiske barrierer for, at Storbritannien genstarter et ballonprogram parallelt med dets begyndende raketopsendelser.
Ballonerne er høje nok
Officielt begynder rummet 100 km over havets overflade. Men der er ingen magisk linje, og dyrebar lille atmosfære over 40 km. Der holder stjerner op med at blinke, og himlen er sort. Langtidseksponerede astronomiske fotografier bliver knivskarpe og afslører svage, fjerne objekter, der er sløret for astronomer på jorden.
Ballonkameraer eller spektrografer kan også se ned og er høje nok til at fange jordobservationer ligesom dem fra satellitter. De kan også tage atmosfæriske målinger omkring sig, herunder af ozonlaget i stratosfæren.
Balloner vil ikke erstatte alle raketter, da de ikke kan rejse højere end 40 km. Og selvom helium er en begrænset ressource, er balloner mere "miljøvenlige". De kræver ingen raketbrændstof under opsendelsen, bidrager ikke til stigende rumaffald i kredsløb – og ved slutningen af deres arbejdsliv brændes de ikke op i atmosfæren. Hvad kan man ikke lide?
Leveret af The Conversation
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel. 
Varme artikler
-
Astronomer udforsker mysterier om stjernedannelse med et unikt følsomt kameraKredit:Arizona State University Hvordan dannes stjerner dybt inde i skyer af molekylær gas? Hvad er historien om stjernedannelse gennem kosmisk tid? Hvornår blev de første stjerner dannet? Og hvor -
Rusland afviser krav om rumvåben som propagandaUS Space Command sagde, at truslen mod dets systemer var stigende Rusland afviste fredag beskyldningerne fra USA og Storbritannien om, at de havde testet et anti-satellitvåben i rummet som propa -
Undersøgelse:Astronomer risikerer at fejlfortolke planetariske signaler i James Webb-dataKredit:CC0 Public Domain NASAs James Webb-rumteleskop afslører universet med spektakulær, hidtil uset klarhed. Observatoriets ultraskarpe infrarøde syn har skåret igennem det kosmiske støv for at o -
Teknik trækker interstellare magnetfelter inden for rækkeviddeen, Den magnetiske feltmorfologi af Taurus opnået med VGT under anvendelse af 13CO. b, De blå linjesegmenter angiver den magnetiske feltmorfologi af Taurus opnået fra Planck-polarimetrien. Kredit: Nat