ŻEGLOWANIE W PRZESTRZENI, NAUKA, WIEDZA
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
BALONY
ERY KOSMICZNEJ
ûeglowanie
w przestrzeni
Balony umoýliwiaj naukowcom tanie i szybkie badania
grnych warstw atmosfery Ziemi i innych planet
I. Steve Smith, Jr., i James A. Cutts
ie wierzc w powiedzenie, ýe starego psa nie moýna nauczy nowych sztu-
czek, naukowcy i inýynierowie z National Aeronautics and Space Admini-
stration (NASA Ð Narodowej Agencji ds. Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicz-
nej) rewolucjonizuj wielkoæ, kszta¸t, trwa¸oæ i wytrzyma¸oæ Ð czyli
praktycznie wszystkie cechy Ð balonu, najstarszego z urzdzeÄ, ktre s¸uý cz¸owie-
kowi do unoszenia si« w powietrzu. Chociaý balony lataj od co najmniej 200 lat i na-
ukowcy od dawna stosowali je do najrýniejszych misji badawczych, to jednak eks-
perymenty by¸y zawsze ograniczane d¸ugotrwa¸oæci ich lotu. Teraz, dzi«ki rozwojowi
technik komputerowych, nowym materia¸om o nieznanych dawniej w¸aæciwoæciach
i post«powi w metodach projektowania moýliwe jest skonstruowanie balonw zdol-
nych do bardzo d¸ugich lotw; stanie si« moýliwa eksploracja najwyýszych warstw at-
mosfery, a pewnie nawet przestrzeni kosmicznej. Kierujc si« has¸em ãlepiej, szyb-
ciej, taniejÓ, jakýe waýnym w czasie, gdy zmniejsza si« nak¸ady na badania, NASA
zach«ca naukowcw i inýynierw do wi«kszego nowatorstwa w pracach nad balona-
mi do badaÄ naukowych.
Dziæ badania z wykorzystaniem balonw koncentruj si« na najwyýszych war-
stwach atmosfery ziemskiej; projektowane s w tym celu balony zdolne do lotu trwa-
jcego nawet 100 dni. Ogromny, majcy kszta¸t dyni balon, opracowany przez nale-
ýce do NASA Goddard Space Flight Center (Centrum Lotw Kosmicznych im.
Goddarda) w Maryland, wystartuje w grudniu 2001 roku z Australii lub Nowej Ze-
landii i poýegluje do zewn«trznych granic atmosfery Ziemi Ð na wysokoæ czterokrot-
nie wi«ksz od tej, na ktrej poruszaj si« odrzutowce pasaýerskie Ð aby pozosta tam
przez kilka miesi«cy. Balon ten b«dzie mie satelitarne po¸czenie ze stacjami naziem-
nymi i za ich poærednictwem ze æwiatow sieci Internetu. Naukowcy na Ziemi b«d
wi«c mogli analizowa dane gromadzone przez wszystkie jego instrumenty, ¸cznie
z rejestratorem TIGER (Trans-Iron Galactic Element Recorder), mierzcym zawartoæ
pierwiastkw w galaktycznych promieniach kosmicznych.
Z planami budowy balonu o ultrad¸ugiej trwa¸oæci lotu (ULDB Ð Ultra Long Du-
ration Balloon) wiýe nadzieje wielu naukowcw, widzcych w technice balonowej
ekonomiczny sposb prowadzenia badaÄ grnych warstw atmosfery i przestrze-
ni pozaziemskiej. Loty balonw realizuje si« bowiem za u¸amek kosztw zwiza-
nych z lotami rakiet. Ponadto unoszone przez nie przyrzdy moýna odzyskiwa i po
przegldzie uýywa ich ponownie. Wypuszczane dotychczas balony osiga¸y wy-
sokoæ do 52 km, unoszc uýyteczny ¸adunek o masie do 3600 kg. Balon ULDB do-
leci do granic stratosfery, gdzie zak¸cenia pochodzce od atmosfery s juý zniko-
me, i nawet pewnego dnia przetransportuje tam teleskop o moýliwoæciach obserwacji
Wszechæwiata porwnywalnych z Kosmicznym Teleskopem HubbleÕa, a zbyt wiel-
ki, aby wynios¸a go rakieta.
Balony wynoszone w przestrzeÄ na pok¸adach rakiet mog rwnieý sta si« na-
rz«dziem badaÄ naukowych, prowadzonych poza atmosfer Ziemi na innych pla-
netach i ich ksi«ýycach. Badacze planet maj nadziej« na wykorzystanie balonw
do realizacji programw naukowych w takich dziedzinach wiedzy jak: chemia i dy-
namika atmosfer planetarnych, kartografia paleomagnetyczna, zwiad geologicz-
ny i technika dokonywania zdj« o ultrawysokiej rozdzielczoæci.
ûeglowanie nad Ziemi
Prawo wyporu Ð to dzi«ki niemu balony si« unosz Ð odkry¸ Archimedes w roku
240 p.n.e. Up¸yn«¸o jednak niemal 2 tys. lat, zanim pod koniec XVIII wieku wzbi¸ si«
w powietrze pierwszy balon. Naukowe wykorzystanie nowej techniki do pomiarw
temperatury i wilgotnoæci powietrza rozpocz«to na dobre dopiero u schy¸ku XIX
wieku, kiedy podj«te zosta¸y pierwsze prby rozpoznania fizycznych cech atmosfe-
ry. Do celw militarnych uýyto balonw po raz pierwszy (jako platform obserwa-
cyjnych do æledzenia ruchw wojsk) w czasie amerykaÄskiej wojny domowej. W wie-
ku XX, na prze¸omie lat czterdziestych i pi«dziesitych, er« nowoczesnego
baloniarstwa zainicjowa¸a marynarka wojenna USA, wprowadzajc do uýytku balo-
ny polietylenowe, ktre osiga¸y stratosferyczne wysokoæci od 15 do 50 km, unosi-
¸y wi«ksze masy i odbywa¸y d¸ugie loty. Misje wykonywane przez balony za¸ogowe
sta¸y si« pomocniczym elementem amerykaÄskiego programu lotw kosmicznych,
pozwalajc na wyprbowanie kombinezonw dla astronautw i ocen« reakcji ludzi
przebywajcych w ærodowisku podobnym do przestrzeni pozaziemskiej. W 1960 ro-
ku rakieta NASA umieæci¸a na orbicie wok¸ziemskiej pierwszego balonowego sate-
OBSERWACJA WSZECHåWIATA za pomoc balonu o ultrad¸ugiej trwa¸oæci lotu, ýeglu-
jcego nawet sto dni w grnych warstwach stratosfery, jest taÄsza i efektywniejsza niý
za pomoc statkw kosmicznych.
å
WIAT
N
AUKI
Luty 2000
23
N
BALON NADCIåNIENIOWY
(z¸ocisty)
jest wykonany z wytrzyma¸ej tkaniny, ktra utrzymuje rýnic« ciænieÄ mi«dzy wn«trzem balo-
nu a otoczeniem. Balon zachowuje wi«c sta¸ obj«toæ i zgodnie z prawem Archimedesa pozostaje na niezmiennej wysokoæci. Starsze ba-
lony zerociænieniowe zwi«kszaj sw obj«toæ w nast«pstwie nagrzewania gazu noænego przez s¸oÄce, noc zaæ si« kurcz; powoduje to
nieustanne zmiany wysokoæci lotu. Jest ona regulowana zrzucaniem balastu, co sprawia, ýe d¸ugotrwa¸oæ lotu takich balonw jest ogra-
niczona mas zabieranego balastu.
lit« komunikacyjnego Echo I, ktry krýy¸ wok¸ naszej pla-
nety przez blisko osiem lat na wysokoæci oko¸o 1600 km. Dwa-
dzieæcia pi« lat pniej mi«dzynarodowy zesp¸, kierowany
przez Zwizek Radziecki, w ktrego sk¸ad wchodzili Francu-
zi i Amerykanie, zbudowa¸ i doprowadzi¸ do umieszczenia
wærd chmur atmosfery Wenus dwch balonw na wysokoæci
54 km nad powierzchni planety.
Oprcz ograniczonej zdolnoæci zabierania ¸adunkw uýy-
tecznych (tylko wahad¸owiec space shuttle moýe zabiera ¸a-
dunki porwnywalne z unoszonymi przez duýe balony) stat-
ki kosmiczne maj jeszcze jedn wad«: przygotowanie ich
pok¸adowego instrumentarium do lotu zabiera lata. Natomiast
w 1987 roku umieszczone na balonie czujniki prowadzi¸y ob-
serwacj« Supernowej 1987A Ð eksplozji gwiazdy w galaktyce,
zdarzajcej si« w przybliýeniu raz na 400 lat Ð juý w trzy mie-
sice po jej odkryciu. Wiele instrumentw naukowych zabie-
ranych przez wysy¸ane w przestrzeÄ kosmiczn pojazdy jest
wi«c opartych na rozwizaniach wczeæniej ãoblatanychÓ i wy-
prbowanych na balonach.
Wsp¸czesne balony naukowe naleý zazwyczaj do jednego
z dwu typw: zerociænieniowego i nadciænieniowego. Wi«k-
szoæ balonw NASA naleýy do pierwszej grupy. Balon zero-
ciænieniowy odrywa si« od ziemi jako tzw. balon sfa¸dowany
Ð nape¸niony tylko tak iloæci helu, jaka jest niezb«dna do
uniesienia jego ca¸kowitego ci«ýaru, obejmujcego takýe ¸adu-
nek uýyteczny. Aby balon mg¸ si« wznosi, hel musi zapew-
ni ãwolny udwigÓ Ð ten baloniarski termin oznacza si¸« no-
æn wi«ksz niý suma ci«ýaru balonu i ¸adunku. (Wielkoæ
udwigu dyktuje prawo Archimedesa, ktre mwi, ýe na cia-
¸o sta¸e zanurzone w p¸ynie Ð cieczy lub gazie Ð dzia¸a si¸a wy-
poru skierowana pionowo do gry, rwna co do wielkoæci ci«-
ýarowi p¸ynu przez to cia¸o wypartemu.) Gdy balon si« wznosi,
g«stoæ otaczajcej atmosfery spada i obj«toæ gazu w jego wn«-
trzu wzrasta aý do ca¸kowitego wype¸nienia pow¸oki. Ci-
ænienia wewntrz i na zewntrz pow¸oki balonu s w tym mo-
mencie, oczywiæcie, jednakowe (std termin ãbalon zerociæ-
nieniowyÓ), ale balon nie opada, gdyý jego ci«ýar jest mniej-
szy niý ci«ýar wypartego powietrza. Gdy juý osignie poý-
dan wysokoæ 36Ð40 km, co zwykle nast«puje po 2Ð3 godz.,
przez upusty w dole pow¸oki zostaje wydalony nadmiar gazu
Ð dzi«ki temu zachowuje si« sta¸ wysokoæ i zapobiega roze-
rwaniu cienkiej polietylenowej pow¸oki. W zwizku z tym po-
zbywaniem si« przez balon cz«æci gazu do atmosfery tak ze-
rociænieniow konstrukcj« nazywa si« teý czasem ãotwart do
atmosferyÓ lub po prostu ãotwartÓ.
W cigu dnia, kiedy s¸oÄce podgrzewa balon, gaz z jego po-
w¸oki ulatuje. Gdy nadchodzi noc i podgrzewanie promienia-
mi s¸onecznymi zanika, gaz si« och¸adza, zmniejszajc sw ob-
j«toæ, pow¸oka balonu si« kurczy, maleje si¸a wyporu i balon
zaczyna opada. Dla utrzymania sta¸ej wysokoæci zostaje zrzu-
cony balast Ð wynosi on zazwyczaj 7Ð10% masy ca¸ego syste-
mu. W nast«pnej dobie proces s¸onecznego ogrzewania i noc-
nego och¸adzania powtarza si«, w zwizku z czym iloæ dni,
przez jak balon otwarty moýe utrzyma si« w powietrzu, jest
ograniczona mas balastu przez niego zabieranego.
Poniewaý typowa d¸ugotrwa¸oæ lotu balonw naukowych
wynosi tylko jeden lub dwa dni, w celu zakoÄczenia ekspe-
rymentw cz«sto trzeba wykona kilka lotw. Jedn z metod
pokonania tych przeszkd jest wykonywanie lotw balono-
wych w pobliýu obszarw polarnych, gdzie do dyspozycji
ma si« nieprzerwanie æwiat¸o dzienne albo ciemnoæ nocy.
NASA realizuje niektre loty z Fairbanks na Alasce i ze sta-
cji badawczej McMurdo na Antarktydzie; w miejscach tych la-
tem przez ca¸ dob« operuje s¸oÄce, dzi«ki czemu balony uno-
sz si« w powietrzu przez 2-3 tygodnie.
Po zakoÄczeniu zaplanowanego eksperymentu na radio-
wy sygna¸ balon oddziela si« od pojemnika z ¸adunkiem uýy-
tecznym, ktry na spadochronie opada na ziemi«. Po prze-
chwyceniu bywa on cz«sto uýywany ponownie. Na ziemi«
spada teý balon, ktry jeæli to moýliwe podlega utylizacji.
Lata d¸uýej
Aby zdecydowanie zwi«kszy d¸ugotrwa¸oæ lotu balonu
oraz zbudowa balon mi«dzyplanetarny, naukowcy potrze-
buj innych radykalnie udoskonalonych konstrukcji. Naleý-
ce do NASA Office of Space Science (Biuro ds. Nauk o Przestrze-
ni Kosmicznej) zainicjowa¸o w roku 1997 program budowy
balonu ULDB o ultrad¸ugiej trwa¸oæci lotu. Celem przedsi«-
wzi«cia kierowanego przez Goddard Space Flight Center Wal-
lops Flight Facility (Oærodek Lotw w Wallops Ð fili« Centrum
Lotw Kosmicznych im. Goddarda) jest zbudowanie balonu,
24 å
WIAT
N
AUKI
Luty 2000
ktry unosi¸by si« w powietrzu do 100 dni, latajc powyýej
99% gruboæci atmosfery Ziemi. ULDB jest balonem nadciænie-
niowym, ãzamkni«tymÓ, ktry rýni si« od balonw konwen-
cjonalnych tym, ýe nie ma w nim systemu upuszczania gazu
z pow¸oki. Zbudowane zazwyczaj z materia¸w o zwi«kszonej
wytrzyma¸oæci, takich jak poliester, balony nadciænieniowe s
nape¸niane gazem w podobny sposb jak ich odpowiedniki
zerociænieniowe, ale nast«pnie szczelnie zamykane. Gdy nad-
ciænieniowy balon osiga poýdan wysokoæ, emitowane
przez S¸oÄce ciep¸o sprawia, ýe ciænienie wewntrz pow¸oki
roænie, przewyýszajc ciænienie zewn«trzne. Stopniowo rýni-
ca ciænieÄ mi«dzy wn«trzem balonu i otoczeniem staje si« co-
raz wi«ksza. W nocy, gdy gaz si« och¸adza, rýnica ciænieÄ ma-
leje, mimo to jeæli do wn«trza balonu wprowadzona zosta¸a
dostateczna iloæ gazu, nie moýe ona spaæ poniýej zera. W ten
sposb balon, zachowujc swj ãpe¸nyÓ kszta¸t, utrzymuje si«
na niezmiennej wysokoæci bez koniecznoæci zrzucania balastu.
Lot jest moýliwy tak d¸ugo, jak d¸ugo pow¸oka balonu pozosta-
je nieprzepuszczalna dla czsteczek helu lub wodoru. Balony
nadciænieniowe mog wi«c by uýywane do lotw o d¸ugo-
trwa¸oæci przekraczajcej wielokrotnie czas uzyskiwany w lo-
tach balonw zerociænieniowych.
Poniewaý d¸ugie loty wymagaj od balonw odpornoæci na
wp¸yw najbardziej ekstremalnych warunkw otoczenia Ð nad
oceanami, pustyniami lub lodowymi czapami okolic podbiegu-
nowych Ð materia¸ uýywany do ich budowy musi by zarw-
no bardzo wytrzyma¸y, jak i zdolny dostosowa si« do tych
warunkw. Powinien on by odporny na rozrywanie, æciera-
nie i przebijanie oraz degradacj« nast«pujc pod wp¸ywem
promieniowania ultrafioletowego a przy tym tani w produk-
cji. Ma¸e, kuliste balony nadciænieniowe, zrobione z cienkiej
folii poliestrowej, lata¸y na niewielkich wysokoæciach nawet
par«set dni. W latach siedemdziesitych naukowcy prbowa-
li zwi«kszy wymiary balonw, aby mog¸y unosi ci«ýsze ¸a-
dunki na wi«ksze wysokoæci, lecz k¸opoty z foliami poliestro-
wymi, m.in. z ich bardzo ma¸ wytrzyma¸oæci na rozrywanie,
skutecznie hamowa¸y prace nad balonami nadciænieniowymi.
Kierownicy projektu ULDB zdecydowali, ýe do budowy
balonu wykonujcego kilkumiesi«czne loty konieczny b«dzie
kompozyt, ¸czcy cechy bardzo rýnych materia¸w. Oce-
niono wiele substancji, takich jak folie, tkaniny z w¸kien na-
turalnych i sztucznych, p¸tna tapicerskie, poliester, poliety-
len, nylon, polipropylen i poliuretan oraz ich kombinacje.
Wybrany ostatecznie na pow¸ok« balonu materia¸ kompozy-
towy ma trzy warstwy: produkowan w Japonii poliestrow
tkanin« o duýej wytrzyma¸oæci na rozciganie, foli« z poliestru
i foli« polietylenow. Folia poliestrowa stanowi g¸wn zapo-
r« przeciw ulatnianiu si« helu, tkanina poliestrowa zapew-
nia wytrzyma¸oæ, natomiast polietylen zabezpiecza przed
przypadkowymi przedziurawieniami pow¸oki i daje jej dodat-
kow trwa¸oæ. Zarwno tkanina, jak i folia z poliestru wyka-
zuj znaczn odpornoæ na uszkodzenia struktury przez pro-
mienie ultrafioletowe. Trzy warstwy materia¸u pow¸okowego
s ze sob sklejone za pomoc mi«kkiego tworzywa, ktre
niweluje defekty splotu i umoýliwia elastyczne uk¸adanie si«
w¸kien tkaniny w zaleýnoæci od zmiennych warunkw pra-
cy pow¸oki. Otrzymano w rezultacie materia¸ o g«stoæci
55 g/m
2
i wytrzyma¸oæci na rozerwanie 2600 N/m.
Samo zwi«kszenie wytrzyma¸oæci materia¸u kompozytowe-
go nie wystarcza do d¸ugotrwa¸ych lotw w ekstremalnych
i zmiennych warunkach. Konieczna jest rwnieý nowa kon-
strukcja balonu. Po przestudiowaniu projektw balonw z USA,
Francji i Japonii kierownicy programu ULDB uznali, ýe kon-
strukcja w kszta¸cie dyni ma wyran przewag« nad typowymi
kulistymi balonami nadciænieniowymi. W balonach kulistych
wi«kszoæ obciýeÄ jest przenoszona przez pow¸ok«; wyst«pu-
TKANINA
POLIESTROWA
FOLIA
POLIESTROWA
FOLIA
POLIETYLENOWA
KOMPOZYTOWY MATERIAü na pow¸ok« balonu o ultrad¸ugiej
trwa¸oæci lotu (ULDB), ktry ma wystartowa w grudniu 2001 roku,
sk¸ada si« z trzech sklejonych warstw
(na grze)
. Tkanina polie-
strowa zapewnia wytrzyma¸oæ, folia poliestrowa stanowi zapor«
przeciw ulatnianiu si« helu, a folia polietylenowa zapobiega przy-
padkowym przedziurawieniom pow¸oki i daje jej dodatkow trwa-
¸oæ. Na fotografii
(na dole)
pokazano nak¸adanie koÄcowego szwu
na pow¸oce mniejszego testowego balonu.
j wi«c w niej wielkie napr«ýenia zarwno wzd¸uý po¸udnikw,
jak i rwnoleýnikw. W balonie o kszta¸cie dyni obciýenia s
wprowadzane przede wszystkim do przebiegajcych po¸udni-
kowo ãæci«gienÓ, ktre ¸cz w ca¸oæ poszczeglne sekcje ma-
teria¸u pow¸oki (zwane klinami). Kszta¸t dyni obniýa wymaga-
nia co do wytrzyma¸oæci materia¸u pow¸oki do zaledwie
600 N/m, czyli do poziomu znacznie niýszego niý wytrzyma¸oæ
na rozerwanie materia¸u kompozytowego. Jest to zrozumia¸e,
gdyý napr«ýenie wyst«pujce wzd¸uý rwnoleýnika jest iloczy-
nem lokalnego ciænienia i lokalnego promienia, czyli promienia
ýebra formy dyniowatej (a nie promienia ca¸ego balonu, jak w
przypadku kszta¸tu kulistego Ð przyp. red.). Tak wi«c przy takim
kszta¸cie wielkoæ balonu nie decyduje o napr«ýeniach w jego po-
w¸oce. (Ulepszona konstrukcja zainspirowa¸a z kolei inýynie-
rw do podj«cia poszukiwaÄ lýejszej wersji materia¸u, gdyý po-
zwoli¸oby to unosi ci«ýsze ¸adunki z aparatur naukow.)
Kiedy balon wystartuje w grudniu 2001 roku, niesiony przez
niego instrument TIGER dokona pomiarw zawartoæci w ga-
laktycznych promieniach kosmicznych pierwiastkw o liczbach
atomowych mi«dzy 26 (ýelazo) i 40 (cyrkon), ktrych energia
przekracza 300 mln eV na nukleon. Nie b«dzie to jednak pierw-
szy przypadek uýycia balonu do badaÄ promieni kosmicznych.
Promienie kosmiczne i astrofizyczne promieniowanie gamma
Ð jak rwnieý i sama stratosfera Ð zosta¸y przecieý odkryte przez
czujniki wyniesione w gr« balonami. Niektrych naukowcw
promienie te ogromnie interesuj, gdyý s prbkami materii ga-
laktycznej albo dopiero co poddanej syntezie w supernowych,
albo pochodzcej z materii mi«dzygwiezdnej.
Misja TIGER jest dopiero pocztkiem. Naukowcy proponu-
j zbudowanie systemu, w ktrego sk¸ad wchodzi¸yby telesko-
py optyczne i pracujce w podczerwieni, s¸uýce poszukiwaniu
planet poza Uk¸adem S¸onecznym oraz obrazowaniu S¸oÄca
i innych gwiazd. Planuje si« takýe eksperymenty z uýyciem te-
leskopw przechwytujcych twarde promieniowanie rentge-
nowskie i gamma, promienie kosmiczne oraz kosmiczne mi-
å
WIAT
N
AUKI
Luty 2000
25
WIDOK Z SATELITY
znacznie lepsze zdj«cia powierzchni planety i stworzy bardziej
dogodne warunki do obserwacji takich waýnych zjawisk, jak
szcztkowy magnetyzm i pok¸ady podpowierzchniowej wody.
W koÄcu lat osiemdziesitych Francja i ZSRR pracowa¸y
wsplnie nad marsjaÄsk misj aerostatyczn Ð ambitnym zamie-
rzeniem umieszczenia w atmosferze Marsa balonu, zaopatrzo-
nego w system obrazowania terenu oraz zdolnego do zrzuce-
nia liny zakoÄczonej czujnikami i wleczenia jej po powierzchni
planety, by zbiera¸a prbki chemiczne i robi¸a pomiary wielko-
æci fizycznych. Prace nad projektem zosta¸y przerwane w 1995
roku z powodu k¸opotw finansowych Rosji. Jednak dwa lata
pniej NASA rozpocz«¸a prace nad kluczowymi technikami
budowy znacznie mniejszego balonu marsjaÄskiego Ð aerosta-
tu-robota, ktry proponuje si« nazywa aerobotem Ð na podsta-
wie wynikw osigni«tych w Centre National dÕEtudes Spatiales,
francuskiej agencji kosmicznej. Rezultatem tego projektu jest
bardzo lekki uk¸ad nape¸niania, ktrego prby w stratosferze
zacz«¸y si« wiosn ub.r.
Wenus, ktrej atmosfera jest bardziej gorca i grubsza niý
ziemska, by¸a juý eksplorowana za pomoc balonu. W 1985 ro-
ku Zwizek Radziecki we wsp¸pracy z Francj i USA umie-
æci¸ dwa balony 54 km nad powierzchni planety. Funkcjo-
nowa¸y one przez blisko 48 godzin i przelecia¸y prawie p¸ jej
obwodu. Za pomoc przyrzdw znajdujcych si« na tych
balonach naukowcy potwierdzili istnienie w atmosferze We-
nus silnych wiatrw na duýych wysokoæciach oraz dokona-
li pomiarw temperatur i ciænieÄ. Do okreælania pozycji i pr«d-
koæci obu balonw wykorzystano koordynowany przez
NASA globalny system stacji æledzcych.
Ze wzgl«du na g«st atmosfer« planeta Wenus moýe by ob-
serwowana z przestrzeni kosmicznej tylko za pomoc fal ra-
diowych i promieniowania podczerwonego o specyficznych
cz«stotliwoæciach, gdyý temperatury panujce na jej powierzch-
ni i g«stoæ wenusjaÄskiej atmosfery s zbyt wysokie dla l-
downikw i pojazdw automatycznych; w warunkach tych
wytrzymuj one zaledwie par« godzin. Balon moýe wi«c sta-
nowi interesujc alternatyw«. Projekt o nazwie Venus Aero-
bot Multisonde przewiduje zastosowanie balonu unoszcego
si« w grnych warstwach atmosfery planety i wysy¸ajcego na
jej powierzchni« pewn liczb« ma¸ych prbnikw, zwanych
sondami. Zadaniem ich by¸oby uzyskanie obrazw terenu o wy-
sokiej rozdzielczoæci oraz zebranie danych spektroskopowych,
pomocnych do rozwik¸ania tajemnicy ewolucji Wenus. Na re-
alizacj« tego pomys¸u pozwalaj nawet techniki dost«pne wsp¸-
czeænie. Misja bardziej ambitna przewiduje wykonywanie, za po-
moc aerobota ãodwracalno-p¸ynowegoÓ, krtkich, powtarzal-
nych wypadw z ch¸odnych grnych warstw atmosfery We-
nus na jej powierzchni«, gdzie panuje temperatura 460¡C. Po
pobraniu prbek gruntu aerobot wraca¸by do grnych warstw
atmosfery w celu och¸odzenia przyrzdw i aparatury elek-
tronicznej. Niektre waýne urzdzenia do takiej misji Ð na przy-
k¸ad miniaturowa gondola wytrzymujca panujc na po-
wierzchni Wenus temperatur« i dzia¸anie chmur kwasu siar-
kowego Ð zosta¸y juý przez NASA opracowane.
Dwa zespo¸y: jeden w NASA, drugi w Europejskiej Agencji
Kosmicznej (ESA Ð European Space Agency) przygotowuj mi-
sj«, ktra dostarczy¸aby z Wenus na Ziemi« prbk« gruntu. Obie
instytucje s zgodne co do tego, ýe kluczow rol« w takim pro-
jekcie odgrywa b«d balony. Unios one prbki ska¸ i gruntu na
wysokoæ oko¸o 60 km, gdzie g«stoæ atmosfery planety jest juý
ma¸a. Std odpalone rakiety dostarcz materia¸ do innego stat-
ku kosmicznego, ktry przetransportuje go na Ziemi«.
G¸wnym celem misji eksploracji przestrzeni kosmicznej jest
Tytan, gdyý prawdopodobnie znajduj si« na nim prebiotycz-
ne organiczne zwizki chemiczne, nie wykryte jeszcze nigdzie
w Uk¸adzie S¸onecznym. Kiedy w latach osiemdziesitych obok
WIDOK Z BALONU
KAMERA NA BALONIE moýe fotografowa obiekty na powierzch-
ni planety Ð na rysunku jest to Mars Ð z odleg¸oæci do 10 tys. razy
mniejszej niý kamera na orbitujcej sondzie kosmicznej, zapew-
niajc dzi«ki temu bardziej szczeg¸owy obraz.
krofalowe promieniowanie t¸a, pozwalajce dokonywa wgl-
du we Wszechæwiat, a takýe wysy¸a misje przeprowadzajce
w stratosferze eksperymenty chemiczne.
Doæwiadczenie, ktre naukowcy zyskaj dzi«ki takim przed-
si«wzi«ciom jak ULDB, moýe pewnego dnia przyda si« w eks-
ploracji innych æwiatw. Szeæ planet: Wenus, Mars, Jowisz,
Saturn, Uran i Neptun, jak rwnieý Tytan, jeden z ksi«ýycw
Saturna, maj atmosfery, w ktrych moýliwe s loty balonw.
Kaýda z nich jest jednak inna niý atmosfera ziemska i stawia in-
ne wymagania. Badacze przestrzeni kosmicznej maj nadzie-
j«, ýe balony b«d tanimi laboratoriami do analizy sk¸adu tych
atmosfer i wyst«pujcych w nich cyrkulacji gazw, jak rw-
nieý do obserwacji powierzchni planet za pomoc zdalnych
czujnikw. Mog pos¸uýy takýe jako platformy startowe dla
sond badawczych, m.in. takich, jakie pobiera¸yby prbki grun-
tu z powierzchni planety. Mog¸yby one by nast«pnie spro-
wadzane na Ziemi« i poddawane szczeg¸owej analizie.
Balonem wok¸ planet
Najbliýsz szans« na wykorzystanie najnowszych osigni«
techniki balonowej da najprawdopodobniej badanie atmosfe-
ry Marsa. Poniewaý jej g«stoæ na poziomie marsjaÄskiego
gruntu jest w przybliýeniu taka sama jak g«stoæ atmosfery
ziemskiej w stratosferze, balon krýcy wok¸ Marsa na wy-
sokoæci kilku kilometrw nad jego powierzchni powinien
by jak ULDB stratosferycznym balonem nadciænieniowym,
zdolnym do pozostawania w grze przez ca¸e miesice.
Czy balon ýeglujcy nad powierzchni Marsa dokona cze-
goæ, niewykonalnego dla innych obiektw badawczych, na przy-
k¸ad orbitujcych satelitw, ldownikw i automatycznych
pojazdw eksploracyjnych (podobnych do marsjaÄskiego Pa-
thfindera)? Pracujcy na powierzchni pojazd moýe spenetro-
wa tylko ma¸y wycinek obszaru planety, natomiast balon Ð
dotrze dalej i zaobserwowa znacznie wi«cej. I chociaý balony
nie unosz porwnywalnego z satelitami zestawu sterowanych
z Ziemi instrumentw i czujnikw, to mog jednak wykona
26 å
WIAT
N
AUKI
Luty 2000
[ Pobierz całość w formacie PDF ]