Los globos de gran altitud o estratostatos suelen ser globos sin tripulación que normalmente se llenan con helio o hidrógeno y se liberan en la estratosfera , alcanzando generalmente entre 18 y 37 km (11 y 23 millas; 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 millas; 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 generalización como mercancía.
Estos globos se lanzan a lo que se define como " espacio cercano ", definido como el área de la atmósfera terrestre entre el límite de Armstrong (18 a 19 km (11 a 12 millas) sobre el nivel del mar), donde la presión cae hasta el punto que un ser humano el ser no puede sobrevivir sin un traje presurizado, y la línea de Kármán (100 km (62 millas) 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 los equipos de comunicaciones, los vuelos en globo a gran altitud son un pasatiempo popular , y organizaciones como UKHAS ayudan en el desarrollo de cargas útiles. [3] [4]
En Francia, durante 1783, el primer experimento público con globos llenos de hidrógeno involucró a Jacques Charles , un profesor francés de física, y a los hermanos Robert , renombrados 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 cinco días en llenarse y fue lanzado desde el Campo de Marte de París, donde se reunieron 300.000 personas para presenciar el espectáculo. El globo fue lanzado y se elevó entre las nubes. La expansión del gas hizo que el globo se rompiera y descendiera 45 minutos después a 20 km (12 millas) de París. [5]
Los globos tripulados de gran altitud se han utilizado desde la década de 1930 para investigaciones y para buscar récords de altitud de vuelo , incluidos los vuelos de Auguste Piccard hasta 16.201 m, el Osoaviakhim-1 soviético a 22.000 m y el Explorer II estadounidense a 22.066 m. [6] Los vuelos tripulados en globo a gran altitud notables incluyen tres récords establecidos para el paracaidismo más alto, el primero establecido por Joseph Kittinger en 1960 a 31.300 m para el Proyecto Excelsior , seguido por Felix Baumgartner en 2012 a 38.969 m para Red Bull Stratos y, más recientemente, Alan Eustace. en 2014 a 41.419 m.
Los globos de gran altitud sin tripulación se utilizan como globos de investigación , con fines educativos y por aficionados. Los usos comunes incluyen meteorología, investigación atmosférica y climática, recopilación de imágenes del espacio cercano, aplicaciones de radioaficionados y astronomía submilimétrica .
Se ha considerado el uso de globos de gran altitud 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, tanto con tripulación como sin tripulación, para investigación científica, fines comerciales y turismo espacial. [8] [9] Se han propuesto estaciones de plataforma de gran altitud para aplicaciones como retransmisiones de comunicaciones.
En muchos países, los gastos 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 tamaño más pequeño, estas HAB todavía ascienden a menudo (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 a menudo se informan 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. [dieciséis]
Probar el alcance de la radio 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 notificación de paquetes a la estación terrestre. También se construyen paquetes más pequeños llamados micro o pico rastreadores que funcionan bajo globos más pequeños. Estos rastreadores más pequeños han utilizado código Morse , Field Hell y RTTY para transmitir sus ubicaciones y otros datos. [17]
Los primeros lanzamientos de globos a gran altitud por radioaficionados registrados tuvieron lugar en Finlandia mediante el programa Ilmari el 28 de mayo de 1967, y en Alemania en 1964. [18]
Los vuelos en globo a gran altitud por radioaficionados ( ARHAB ) 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 de los pobres", 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 ARHAB moderno con su primer lanzamiento de un globo que llevaba un transmisor de radioaficionado el 15 de agosto de 1987.
Un vuelo de 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 su recuperación. La mayoría de los vuelos utilizan un rastreador del Sistema automático de notificación 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 mediante técnicas de radiogoniometría . Los vuelos de larga duración frecuentemente deben utilizar transmisores de alta frecuencia hechos a medida y protocolos de datos lentos como radioteletipo (RTTY), Hellschreiber , código Morse y PSK31 , para transmitir datos a grandes distancias usando poca energía de la batería. El uso de transmisores de radioaficionados en un vuelo de ARHAB requiere una licencia de radioaficionado, pero se pueden utilizar transmisores de radio no aficionados sin una licencia.
Además del equipo de seguimiento, otros componentes de la carga útil pueden incluir sensores, registradores de datos, cámaras, transmisores de televisión de aficionados (ATV) u otros instrumentos científicos. Algunos vuelos de ARHAB llevan un paquete de carga útil simplificado llamado BalloonSat.
Un vuelo típico de ARHAB utiliza un globo meteorológico de látex estándar, dura entre 2 y 3 horas y alcanza una altitud de 25 a 35 km (16 a 22 millas). Los experimentos con globos de presión cero , globos de superpresión y globos de látex con válvulas han ampliado los tiempos de vuelo a más de 24 horas. Un vuelo sin presión realizado por el programa de globos Spirit of Knoxville en marzo de 2008 duró más de 40 horas y aterrizó frente a la costa de Irlanda, a más de 5.400 km (3.400 millas) de su punto de lanzamiento. El 11 de diciembre de 2011, el número de vuelo CNSP-11 del Proyecto del Espacio Cercano de California con el distintivo de llamada K6RPT-11 lanzó un vuelo sin precedentes que viajó 6.236 millas (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 gran altitud para radioaficionados exitoso. [19] [20] [21] [22] Desde entonces, varios vuelos han circunnavegado la Tierra utilizando globos de película plástica de superpresión. [23] [24]
Cada año en los Estados Unidos, el Great Plains Super Launch (GPSL) organiza una gran reunión de grupos ARHAB.
Balloon Experiments with Amateur Radio (BEAR) es una serie de experimentos con globos a gran altitud con sede en Canadá realizados 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 para radioaficionados 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 llevar experimentos livianos al espacio cercano. [27] Son una introducción popular a los principios de la ingeniería en algunos cursos de secundaria y universitarios. Los BalloonSats se transportan como carga útil secundaria en los vuelos de ARHAB. Una de las razones por las que los BalloonSats son simples es que no requieren la inclusión de equipo de seguimiento; Como cargas útiles secundarias, ya están siendo transportadas por cápsulas de seguimiento.
Space Grant inició el programa BalloonSat en agosto de 2000. Fue creado como una forma práctica de presentar a nuevos estudiantes de ciencias e ingeniería interesados en estudios espaciales algunas técnicas fundamentales de ingeniería, habilidades de trabajo en equipo y los conceptos básicos de las ciencias espaciales y terrestres. 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 tiene limitaciones de peso y volumen. Esto fomenta las buenas prácticas de ingeniería, presenta un desafío y permite la inclusión de muchos BalloonSats en un vuelo de ARHAB . El material de la estructura del avión suele ser espuma de poliestireno o Foamcore, ya que son livianos, fáciles de mecanizar y proporcionan un aislamiento razonablemente bueno.
La mayoría lleva sensores, registradores de datos y pequeñas cámaras operadas por circuitos temporizadores. Los sensores populares incluyen temperatura del aire, humedad relativa, inclinación y aceleración. Los experimentos realizados dentro de BalloonSats han incluido cosas como 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 remojo en frío, prueba de caída, prueba de funcionamiento y pesaje. La prueba de inmersión en frío simula las intensas temperaturas frías 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 ositos de peluche, [29] figuritas 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 globo geoestacionarios ( GBS ) son globos de gran altitud propuestos que flotarían en la estratosfera media (de 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. . En esas altitudes, la densidad del aire es alrededor de 1/15 a 1/20 [37] de lo que es al nivel del mar . La velocidad media del viento en estos niveles es menor que en la superficie. [37] [38] Un sistema de propulsión permitiría que el globo se moviera y mantuviera su posición. El GBS funcionaría con paneles solares.
Se podría utilizar un GBS para proporcionar acceso a Internet de banda ancha en un área grande. La banda ancha láser conectaría el GBS a la red , lo que podría 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 para globos (puerto de globos a gran altitud) en el condado de Pima, Arizona . [42]
En promedio, la velocidad del viento es mínima en la estratosfera inferior, alrededor de los 20 km de altitud. La densidad del aire a 20 km es aproximadamente 1/20 de la del nivel del mar.
La velocidad media del viento en la estratosfera es mínima en altitudes de unos 20 km. Los valores varían según la temporada y la ubicación. Fuente: Servicio Meteorológico Nacional (NWS)
