Los globos de gran altitud o estratostatos son generalmente globos no tripulados que normalmente se llenan con helio o hidrógeno y se liberan en la estratosfera , alcanzando generalmente entre 18 y 37 km (11 y 23 mi; 59.000 y 121.000 pies) sobre el nivel del mar . En 2013, un globo llamado BS 13-08 alcanzó una altitud récord de 53,7 km (33,4 mi; 176.000 pies). [1]
El tipo más común de globos de gran altitud son los globos meteorológicos . Otros propósitos incluyen su uso como plataforma para experimentos en la atmósfera superior. Los globos modernos generalmente contienen equipos electrónicos como transmisores de radio , cámaras o sistemas de navegación por satélite , como receptores GPS . Los aficionados compran con frecuencia globos meteorológicos debido a su facilidad de uso, su bajo precio y su amplia mercantilización.
Estos globos se lanzan a lo que se define como " espacio cercano ", definido como el área de la atmósfera de la Tierra entre el límite de Armstrong (18-19 km (11-12 mi) sobre el nivel del mar), donde la presión cae hasta el punto en que un ser humano no puede sobrevivir sin un traje presurizado, y la línea de Kármán (100 km (62 mi) sobre el nivel del mar [2] ), donde la astrodinámica debe reemplazar a la aerodinámica para mantener el vuelo.
Debido al bajo costo del GPS y de los equipos de comunicaciones, los vuelos en globo a gran altitud son un pasatiempo popular , y organizaciones como UKHAS ayudan al desarrollo de cargas útiles. [3] [4]
En Francia, en 1783, el primer experimento público con globos llenos de hidrógeno involucró a Jacques Charles , profesor de física francés, y a los hermanos Robert , reconocidos constructores de instrumentos de física.
Charles proporcionó grandes cantidades de hidrógeno , que anteriormente solo se había producido en pequeñas cantidades, mezclando 540 kg (1190 lb) de hierro y 270 kg (600 lb) de ácido sulfúrico . El globo tardó 5 días en llenarse y fue lanzado desde el Campo de Marte en París, donde 300.000 personas se reunieron para ver el espectáculo. El globo fue lanzado y se elevó a través de las nubes. La expansión del gas hizo que el globo se rompiera y descendió 45 minutos después a 20 km (12 mi) de París. [5]
Los globos de gran altitud tripulados se han utilizado desde la década de 1930 para la investigación y en la búsqueda de récords de altitud de vuelo , incluidos los vuelos de Auguste Piccard hasta 16.201 m (16,2 km), el Osoaviakhim-1 soviético a 22.000 m (22,0 km) y el Explorer II estadounidense a 22.066 m (22,1 km). [6]
Entre los vuelos tripulados en globo de gran altitud más notables se incluyen tres récords establecidos para el salto en paracaídas más alto:
Los globos aerostáticos de gran altitud no tripulados se utilizan como globos de investigación , con fines educativos y por aficionados. Entre los usos más comunes se encuentran la meteorología, la investigación atmosférica y climática, la recopilación de imágenes del espacio cercano, las aplicaciones de radioaficionados y la astronomía submilimétrica .
Los globos de gran altitud se han considerado para su uso en telecomunicaciones [7] y turismo espacial . [6] Empresas privadas como Zero 2 Infinity , Space Perspective, Zephalto y World View Enterprises están desarrollando globos de gran altitud tripulados y no tripulados para investigación científica, fines comerciales y turismo espacial. [8] [9] Se han propuesto estaciones de plataforma de gran altitud para aplicaciones como relés de comunicaciones.
En muchos países, los trámites burocráticos necesarios para el lanzamiento de globos a gran altitud son mínimos cuando la carga útil está por debajo de un cierto umbral de peso, normalmente del orden de unos pocos kilogramos. [10] [11] Esto hace que el proceso de lanzamiento de estos pequeños HAB sea accesible para muchos estudiantes y grupos de aficionados. A pesar de su menor tamaño, estos HAB a menudo ascienden a (y superan) altitudes del orden de 30.000 m (98.000 pies), lo que proporciona un fácil acceso estratosférico para fines científicos y educativos. [12] [3] [4] [13] [14] [15] Estos vuelos de aficionados en globo suelen estar informados en sus operaciones mediante el uso de un predictor de trayectoria. Antes del lanzamiento, se utilizan pronósticos meteorológicos que contienen vectores de viento previstos para propagar numéricamente un HAB simulado a lo largo de una trayectoria, prediciendo hacia dónde viajará el globo real. [16]
La comprobación del alcance de las radios suele ser un componente importante de estos pasatiempos. La radioafición se utiliza a menudo con la radio por paquetes para comunicarse a 1200 baudios , utilizando un sistema llamado Sistema Automático de Informes de Paquetes (Automatic Packet Reporting System) con la estación terrestre. También se construyen paquetes más pequeños llamados micro o pico rastreadores y se hacen funcionar en globos más pequeños. Estos rastreadores más pequeños han utilizado el código Morse , Field Hell y RTTY para transmitir sus ubicaciones y otros datos. [17]
Los primeros lanzamientos de globos a gran altitud registrados por radioaficionados tuvieron lugar en Finlandia, mediante el programa Ilmari, el 28 de mayo de 1967, y en Alemania en 1964. [18]
El vuelo en globo a gran altitud por radioaficionados ( ARHAB , por sus siglas en inglés) es la aplicación de la radioafición analógica y digital a los globos meteorológicos y fue el nombre sugerido por Ralph Wallio (indicativo de radioaficionado W0RPK) para este pasatiempo. ARHAB, a menudo denominado "el programa espacial del pobre", permite a los aficionados diseñar modelos funcionales de naves espaciales y lanzarlas a un entorno similar al espacio. Se considera que Bill Brown (indicativo de radioaficionado WB8ELK) inició el movimiento moderno de ARHAB con su primer lanzamiento de un globo que transportaba un transmisor de radioaficionado el 15 de agosto de 1987. [ cita requerida ]
Un vuelo ARHAB consta de un globo, un paracaídas de recuperación y una carga útil de uno o más paquetes. La carga útil normalmente contiene un transmisor de radioaficionado que permite el seguimiento del vuelo hasta su aterrizaje para la recuperación. La mayoría de los vuelos utilizan un rastreador del Sistema de Informe Automático de Paquetes (APRS) que obtiene su posición de un receptor del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y la convierte en una transmisión de radio digital. Otros vuelos pueden utilizar una baliza analógica y se rastrean utilizando técnicas de radiogoniometría . Los vuelos de larga duración con frecuencia deben utilizar transmisores personalizados de alta frecuencia y protocolos de datos lentos como el radioteletipo (RTTY), Hellschreiber , código Morse y PSK31 , para transmitir datos a grandes distancias utilizando poca energía de la batería. El uso de transmisores de radioaficionados en un vuelo ARHAB requiere una licencia de radioaficionado, pero es posible utilizar transmisores de radio que no sean de radioaficionado sin licencia. [ cita requerida ]
Además del equipo de rastreo, otros componentes de la carga útil pueden incluir sensores, registradores de datos, cámaras, transmisores de televisión amateur (ATV) u otros instrumentos científicos. Algunos vuelos de ARHAB llevan un paquete de carga útil simplificado llamado BalloonSat. [ cita requerida ]
Un vuelo típico de ARHAB utiliza un globo meteorológico de látex estándar, dura alrededor de 2 a 3 horas y alcanza 25 a 35 km (16 a 22 mi) de altitud. Los experimentos con globos de presión cero , globos de superpresión y globos de látex con válvula han extendido los tiempos de vuelo a más de 24 horas. Un vuelo de presión cero del Spirit of Knoxville Balloon Program en marzo de 2008 duró más de 40 horas y aterrizó frente a la costa de Irlanda, a más de 5400 km (3400 mi) de su punto de lanzamiento. El 11 de diciembre de 2011, el número de vuelo CNSP-11 del California Near Space Project con el indicativo K6RPT-11 lanzó un vuelo récord recorriendo 6236 mi (10 036 km) desde San José, California , hasta un amerizaje en el mar Mediterráneo . El vuelo duró 57 horas y 2 minutos. Se convirtió en el primer globo transcontinental estadounidense exitoso y el primer globo transatlántico de radioaficionado de gran altitud exitoso. [19] [20] [21] [22] Desde entonces, varios vuelos han circunnavegado la Tierra utilizando globos de película de plástico de superpresión. [23] [24]
Cada año, en los Estados Unidos, el Great Plains Super Launch (GPSL) organiza una gran reunión de grupos ARHAB. [ cita requerida ]
Balloon Experiments with Amateur Radio (BEAR) es una serie de experimentos con globos a gran altitud con base en Canadá por un grupo de operadores y experimentadores de radioaficionados de Sherwood Park y Edmonton, Alberta. Los experimentos comenzaron en el año 2000 y continuaron con BEAR-9 en 2012, alcanzando 36,010 km (22,376 mi). [25] [26] Los globos están hechos de látex llenos de helio o hidrógeno . Todas las cargas útiles BEAR llevan un sistema de seguimiento que comprende un receptor GPS , un codificador APRS y un módulo transmisor de radio. Otros módulos de carga útil experimentales incluyen un repetidor de banda cruzada de radioaficionado y una cámara digital , todo lo cual está contenido dentro de una caja de espuma aislada suspendida debajo del globo.
Un BalloonSat es un paquete simple diseñado para transportar experimentos livianos al espacio cercano. [27] Son una introducción popular a los principios de ingeniería en algunos cursos de la escuela secundaria y la universidad. Los BalloonSat se transportan como cargas útiles secundarias en los vuelos de ARHAB. Una razón por la que los BalloonSat son simples es que no requieren la inclusión de equipo de seguimiento; como cargas útiles secundarias, ya se transportan en cápsulas de seguimiento.
Space Grant inició el programa BalloonSat en agosto de 2000. Fue creado como una forma práctica de introducir a los nuevos estudiantes de ciencias e ingeniería interesados en los estudios espaciales a algunas técnicas fundamentales de ingeniería, habilidades de trabajo en equipo y los conceptos básicos de las ciencias espaciales y de la Tierra. El programa BalloonSat es parte de un curso impartido por Space Grant en la Universidad de Colorado en Boulder. [28]
A menudo, el diseño de un BalloonSat se basa en limitaciones de peso y volumen. Esto fomenta las buenas prácticas de ingeniería, plantea un desafío y permite la inclusión de muchos BalloonSats en un vuelo ARHAB . El material del fuselaje suele ser poliestireno o espuma de espuma, ya que son livianos, fáciles de mecanizar y brindan un aislamiento razonablemente bueno.
La mayoría de ellos llevan sensores, registradores de datos y pequeñas cámaras que funcionan con circuitos temporizadores. Entre los sensores más populares se encuentran los de temperatura del aire, humedad relativa, inclinación y aceleración. Entre los experimentos que se han llevado a cabo en los BalloonSats se incluyen insectos cautivos y alimentos.
Antes del lanzamiento, la mayoría de los BalloonSats deben someterse a pruebas. Estas pruebas están diseñadas para garantizar que el BalloonSat funcione correctamente y arroje resultados científicos. Las pruebas incluyen una prueba de inmersión en frío, una prueba de caída, una prueba de funcionamiento y un pesaje. La prueba de inmersión en frío simula las temperaturas de frío intenso que experimentará el BalloonSat durante su misión. Un lanzamiento y un aterrizaje pueden ser traumáticos, por lo que la prueba de caída requiere que el BalloonSat se mantenga unido y siga funcionando después de una caída abrupta. La prueba de funcionamiento verifica que la tripulación del BalloonSat pueda preparar el BalloonSat en el lugar de lanzamiento.
Además de realizar actividades científicas, escuelas, personas influyentes y otras personas han lanzado una amplia variedad de cargas útiles novedosas a la estratosfera con globos de gran altitud. Estos han incluido osos de peluche, [29] figuras de LEGO , [30] [31] hamburguesas, [31] pizza, [32] [33] [34] empanadas de Cornualles , [35] pan de ajo , [36] tocino y latas de cerveza. [31] El fabricante japonés de productos electrónicos Toshiba intentó grabar un anuncio en el espacio cercano con un sillón y cámaras atadas a un globo de gran altitud. [31]
Los satélites de globos geoestacionarios ( GBS ) son globos de gran altitud propuestos que flotarían en la estratosfera media (60.000 a 70.000 pies (18 a 21 km) sobre el nivel del mar) en un punto fijo sobre la superficie de la Tierra y, por lo tanto, actuarían como un satélite atmosférico . A esas altitudes, la densidad del aire es de alrededor de 1/15 a 1/20 [37] de lo que es al nivel del mar . La velocidad media del viento a estos niveles es menor que la de la superficie. [37] [38] Un sistema de propulsión permitiría al globo moverse y mantener su posición. El GBS estaría alimentado por paneles solares.
Se podría utilizar un GBS para proporcionar acceso a Internet de banda ancha en una gran área. La banda ancha láser conectaría el GBS a la red , que podría entonces proporcionar una gran área de cobertura debido a su línea de visión más amplia sobre la curvatura de la Tierra y la zona de Fresnel sin obstáculos . [39] [40] [41]
World View Enterprises construyó y opera un puerto espacial de globos (puerto de globos de gran altitud) en el condado de Pima, Arizona . [42]
En promedio, las velocidades del viento son mínimas en la estratosfera inferior, alrededor de los 20 km de altitud. La densidad del aire a 20 km es aproximadamente 1/20 de la que hay a nivel del mar.
La velocidad media del viento en la estratosfera es mínima a altitudes de unos 20 km. Los valores varían según la estación y la ubicación. Fuente: Servicio Meteorológico Nacional (NWS)
