Heliumballoner tilbyder billige flyrejser til stratosfæren

Ved hjælp af hyldeteknologi og innovativ økonomi, lette heliumballoner er begyndt at transportere fjernstyrede laboratorier til kanten af ​​rummet og tilbage, tilbyde business case til nye typer af videnskabelige missioner.

Der er mere at tynde luft, end man ser øjet. Gasserne omkring vores planet spreder lysbølger, dæmpe deres lysstyrke og blande deres farver, set af de røde, appelsiner og purpur synlige på himlen ved solnedgang.

Det gør jorden til et sikkert og naturskønt tilflugtssted, men også en larmende for forskere, der studerer dens omgivelser.

'Når man studerer atmosfæren, højde betyder noget, sagde professor Klaus Pfeilsticker, en miljøfysiker specialiseret i fjernmålingsteknikker ved Heidelberg Universitet i Tyskland.

Atmosfæren forstyrrer alle signaler, der kan bruges til at sonde den. Dette slører eksperimentelle resultater og gør det særligt svært at fastslå i hvilken højde luftfænomener finder sted.

Molekyler

Prof. Pfeilsticker forskning fokuserer på, hvordan gasser påvirker miljøet, ved hjælp af heliumballoner til at undersøge, hvilke molekyler der kan findes over os, og hvordan de påvirker livet herunder.

Hans arbejde er centreret omkring halogenbaserede gasser, som virker ufarlige ved første øjekast. For eksempel, dibromomethan og bromoform produceres af mikroalger i havet, og deres kemiske bindinger reagerer så hurtigt, at de sjældent driver langt væk fra de økosystemer, der frigiver dem.

Men givet den rigtige medvind, de kan svæve 14 kilometer over havene og skabe ravage i ozonlaget.

Fire år siden, Prof. Pfeilsticker koordinerede et EU-finansieret forskningsprojekt kaldet SHIVA for at demonstrere, at kortvarige halogenholdige gasser nedbryder lige så meget ozon som de forurenende stoffer, der er forbudt i Montreal-protokollen, en international aftale om beskyttelse af ozonlaget fremstillet i 1987.

Denne skade er afbalanceret af den naturlige hastighed, hvormed ozon reformeres. Men da klimaforandringerne opvarmer oceaner og luftstrømme, flere halogenforbindelser kunne feje ind i stratosfæren og udvide hullet i ozonlaget på måder, som vi ikke kan kontrollere med forskrifter.

SHIVA-konsortiet formåede at kvantificere virkningen af ​​disse kortlivede gasser, fordi den kontrollerede resultaterne på stedet.

Projektpartnere fløj fly 12 kilometer højt for at indsamle luftprøver over skyerne og kalibrere deres jordmålinger, men detaljer om risikoen vil kræve balloner i stor højde.

Luften i ozonlaget er for tynd til at flyve fly igennem, så den eneste måde at foretage målinger der er at spænde instrumenterne på en raket eller under en ballon.

'Ved hjælp af et forskningsfly, SHIVA nåede lige at græsse den nedre grænse for ozonlaget, sagde prof. Pfeilsticker. 'Til sidst, dybere forståelse vil kræve køretøjer, der kan stige højere ind i stratosfæren. '

Philipp Maier ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Tyskland hævder, at balloner kan tilbyde den mest økonomiske løsning.

'Heliumballoner kan løfte et halvt ton videnskabeligt udstyr mere end 30 kilometer i luften, ' han sagde. Det ville bære instrumenter til kemisk analyse lige ind i hjertet af ozonlaget.

Til dato, den største begrænsning til ballonmonterede observatorier har været deres klumpede manøvredygtighed. I princippet, heliumballoner kan sejle den høje vind til enhver destination over hele kloden. I praksis, fange den rigtige luftstrøm betyder at udlufte masser af helium eller tabe masser af ballast, et tungt materiale, der bruges til at give stabilitet, mens det flyder.

Det videnskabelige udstyr og uhåndterlige kontroller har en tendens til at bringe stratosfæriske ballonmissioner til en uskrevet nedstigning i løbet af få dage, undertiden beskadige deres dyre nyttelast og øge sikkerhedsproblemerne herunder.

Dr. José-Luis Ortiz ved Institute of Astrophysics of Andalusia, Spanien, er overbevist om, at teknologien til bedre styring og sikrere landing findes. Udfordringen er at pakke det ind i et salgbart produkt.

To-ballonsystemer

'Der er smartere måder at dykke og stige på, sagde doktor Ortiz. 'To-ballonsystemer, hvor den ene halvdel kan ekspandere, mens den anden forbliver stiv, kunne, for eksempel, gøre ballast forældet. '

Andre trinvise fremskridt kan øge flyvetiden og gøre ballonens nyttelast genanvendelig. Dr. Ortiz nævner miniaturiseringen af ​​elektroniske komponenter som et eksempel på, hvordan gradvise forbedringer gør ballonladninger lettere og billigere at samle. Hans partnere har kontrolleret luftbårne teleskoper ved hjælp af de samme Raspberry Pi computerchips, der tillader hobbyfolk at bygge hjemmelavede robotter.

Som en del af det EU-finansierede projekt ORISON, et videnskabeligt konsortium ledet af Dr. Ortiz har indgået et partnerskab med EY, det største revisionsfirma i Europa. Sammen arbejder de på en forretningsplan for flydende instrumenter til stratosfæren.

'I dag, forskere, der påbegynder ballonmissioner, skal selv bygge meget af udstyret, sagde doktor Ortiz. ORISON sigter mod at fremleje fuldt funktionelle observatorier, giver deres kunder mulighed for at fokusere på forskningen. Ifølge Dr. Ortiz, dette kan sammenlignes med forretningsmodellen for mange jordbaserede teleskoper.

Mens forhandlingsflyvninger til stratosfæren kunne appellere til mange forskningsområder, ORISONs første målgruppe er astronomer. Projektpartnere har testflyvede missioner i år, hvor de har taget hundredvis af nærkontaktfotografier med meteorer.

Flydende teleskoper tilbyder stjernekiggere de åbenlyse fordele ved at stige over overskyet vejr og forhindre, at signaler absorberes i det ultraviolette og nærinfrarøde. 'Det er spændende at få øje på vand på andre planeter, sagde Maier.