Balon w służbie człowiekowi
W tym artykule opiszę balony, które znajdują zastosowanie w sporcie oraz w szkoleniu załóg aerostatów. Tak zwane stratostaty służą do naukowych badań atmosfery i lotów stratosferycznych, balony sondy – do badań meteorologicznych i aerologicznych, stratostaty automatyczne zaś są stosowane do uzyskiwania danych o charakterze wojskowym lub naukowym.
Liczne loty stratosferyczne przyczyniły się do wzbogacenia wiedzy o składzie atmosfery, jej wilgotności, temperaturach panujących na wielkich wysokościach, promieniowaniu kosmicznym i słonecznym, życiu drobnoustrojów w atmosferze, prądach powietrznych i ich wpływie na zjawiska atmosferyczne.
Inną dziedziną, w której z powodzeniem stosuje się stratostaty, jest astronomia. W roku 1959 Amerykanie Ross i Moor dokonali lotu do wysokości 24000 m ze specjalnym teleskopem, w celu dokonania zdjęć planety Wenus, z której atmosfera ziemska nie zniekształca promieni świetlnych. Z otrzymanych zdjęć wyciągnięte zostały zupełnie nowe wnioski co do właściwości atmosfery otaczającej tę planetę.
Kolejnym rodzajem działalności badawczej jest akcja zwana "Rockoon", polegająca na wystrzeliwaniu rakiet satelitarnych ze stratostatów. Ponieważ z uwagi na gęstość powietrza w pobliżu ziemi, najwięcej energii, zawartej w paliwach rakiet, zużywa się na osiągnięcie stratosfery, zastosowano z powodzeniem balon, który jak gdyby zastępuje pierwszy człon rakiety, zmniejszając w ten sposób znacznie jej ciężar. Do tych celów stosuje się stratostaty bezzałogowe.
Dzięki zastosowaniu specjalnych urządzeń można również kierować lotem balonów. Oczywiście balony takie nie mają załóg, wszystkie prace wykonują przyrzady, dlatego też nazwano je balonami lub stratostatmi automatycznymi.
Kierowanie lotem balonów automatycznych stało się możliwe dzięki dokładnemu zbadaniu górnych warstw atmosfery, a przede wszystkim - odkryciu prądów strumieniowych, w których masy powietrza przemieszczają się z dużymi prędkościami
W związku z tym, że w strefach podbiegunowych i umiarkowanych kuli ziemskiej powietrze jest zimne, a w podzwrotnikowych – gorące, pod działaniem siły obrotu Ziemi powstają w atmosferze dość wąskie strefy kontrastów temperatury, co z kolei prowadzi do powstawania silnych wiatrów, wiejących z zachodu na wschód.
Balony automatyczne dzielą się na balony jednorazowego i kilkakrotnego użycia. Do balonów jednorazowego użycia zalicza się takie balony, które po wykonaniu jednego lotu ulegają zniszczeniu, a ich wyposażenie specjalne oddziela się automatycznie lub na sygnał podany z Ziemi i opada na spadochronie. Natomiast w balonie wielorazowego użycia powłoka automatycznie zamienia się w spadochron, który zmniejszając prędkość opadania, zabezpiecza aparaturę przed roztrzaskaniem.
Dla celów badawczych stratostaty automatyczne zastępowane są często specjalnymi balonami sondami. Są to lekkie, stosunkowo niewielkie balony bezzałogowe, do których przymocowuje się zasobniki z automatycznymi przyrządami rejestrującymi. Pierwsze takie balony z powłokami wykonywanymi z tkanin osiągały wysokość do 10 000 m, a zastosowanie powłok gumowych i syntetycznych umożliwiło zwiększenie ich pułapu do 40 000 m.
Balony te oddają cenne usługi meteorologii, służąc do częstych pomiarów kierunku i prędkości wiatrów, temperatury i ciśnienia oraz wilgotności w poszczególnych warstwach atmosfery.
Balon meteorologiczny to rodzaj sondy meteorologicznej w postaci balonu na gaz lżejszy od powietrza, najczęściej wodór. Jest zazwyczaj niewielki, średnicy rzędu 2 metrów. Zawiera podwieszone pod nimi urządzenia pomiarowe oraz nadajnik radiowy. Jest to balon stratosferyczny. Wysokość lotu może przekraczać nawet 30 kilometrów, gdzie ciśnienie powietrza jest bardzo małe. Dlatego w momencie startu balon jest tylko częściowo wypełniony gazem, a jego powłoka jest elastyczna. Dzięki temu jego wewnętrzne ciśnienie rozsadza go na wyższej wysokości niż gdyby był od razu całkowicie wypełniony. Z tych samych powodów balony takie mają powłokę metalizowaną w celu odbijania promieni słonecznych, co redukuje nagrzewanie się gazu. Balon meteorologiczny jest tylko jednorazowego użytku. Balony nie są wynalazkiem NASA i nie są puszczane tylko podczas misji kosmicznych. Są używane powszechnie każdego dnia, niemal o każdej godzinie. W Polsce balony są wypuszczane celem badania zjawisk pogodowych nad lotniskami w Łebie na Pomorzu, Legionowie pod Warszawą i w Strachowicach pod Wrocławiem.
Super-TIGER, balon meteorologiczny o wyjątkowo dużej ładowności, podczas swojej 55-dniowej misji zebrał na wysokości niemal 40 km nad Antarktydą tyle danych, że naukowcy będą musieli je analizować przez dwa lata.
Po skutecznym lądowaniu w miniony weekend ustanowił on nowy rekord w kwestii czasu trwania lotu. Wcześniejsze balony przeważnie spadały na ziemię już po kilku tygodniach, dlatego nigdy nie udało się zebrać tak dużej ilości materiałów. Dzięki tej misji naukowcy będą mogli lepiej zrozumieć istotę ciężkich cząsteczek, jakie nieustannie uderzają w naszą planetę, a to z kolei być może przyczyni się w przyszłości między innymi do usprawnienia lotów kosmicznych.
Super-TIGER (co jest akronimem Trans-Iron Galactic Element Recorder) prezentuje się raczej delikatnie, ale tak naprawdę może bez żadnych zaburzeń unieść nawet 2.7 tony, czego nie da się porównać do innych balonów tego typu.
Celem misji było wyszukiwanie rzadkich i cięższych od żelaza cząsteczek mierzących ku Ziemi, która jest ofiarą nieprzerwanego przypływu niebezpiecznego dla życia promieniowania kosmicznego z różnych zakątków galaktyki. Naukowcy chcą się dowiedzieć, skąd ono pochodzi i w jaki sposób poszczególne promienie zyskują swoją niebywale dużą energię, jednak ze względu na ziemską atmosferę, która ją blokuje, zadanie to nie należy do najłatwiejszych. Na razie uczeni spekulują tylko, że źródłem tegoż promieniowania mogą być wybuchające w oddali gwiazdy, ale pewności co do tego nie mają. Super-TIGER wykrył co najmniej 50 milionów kosmicznych promieni, mają zatem nadzieję, że ich analiza przyniesie chociaż częściowe odpowiedzi na nurtujące ich pytania.
Bardziej udoskonaloną formę stanowią radiosondy. Są to balony, które obok przyrządów rejestrujących wyposażone są również w nadajnik radiowy. Za jego pośrednictwem przekazywane są na Ziemię natychmiast wszystkie pomiary zarejestrowane przez przyrządy samopiszące.
W celu określenia kierunków i prędkości prądów powietrznych, dokonuje się pomiarów kierunku przesuwania się balonów-sond za pomocą radiolokatora lub teodolitu, to jest przyrządu do pomiaru kątów, używanego w astronomii i geodezji.
Balony satelity nie są aerostatami w ścisłym tego słowa znaczeniu, ponieważ nie unoszą się w przestrzeni kosmicznej na podstawie prawa Archimedesa. Niemniej jednak szereg wspólnych cech z tradycyjnymi balonami (powłoki rozszerzalne, stanowiące zbiorniki gazu, kształt kulisty) sprawia, że omawiając te rezultaty współczesnych osiągnięć nauki i techniki, można nawiązać do niedoskonałych pierwowzorów Charlesa i braci Montgolfier.
Przez pojęcie "radiokomunikacja satelitarna" rozumiemy przekazywanie wiadomości na odległość z jednego punktu Ziemi do drugiego za pośrednictwem sztucznych satelitów. Łączność ta polega na przesyłaniu sygnałów telegraficznych, telewizyjnych, radiofonicznych itp. za pomocą fal radiowych, satelita zaś pełni funkcję stacji przekazującej sygnał odbierany z jednego obszaru kuli ziemskiej z powrotem w kierunku innego obszaru Ziemi. Funkcje stacji przekaźnikowej może pełnić również balon.
Do tego celu stosuje się m. in. balony kuliste o dużych średnicach (30-40 m). Satelity tego typu, dzięki odpowiednim właściwościom swej zewnętrznej powłoki, odbijają z powrotem ku Ziemi część wiązki fal elektromagnetycznych, skierowanej nań przez antenę kierunkową stacji naziemnej, jednak z uwagi na kulisty kształt w czasie odbicia fal elektromagnetycznych nastę puje znaczne ich rozproszenie. Z tego powodu sygnały, docierające do odbiorczej stacji ziemskiej, są słabsze. Dlatego też zachodzi konieczność stosowania nadajników o dużych mocach oraz bardzo czułych odbiorników.
Los Angeles – antena była utrzymywana w powietrzu przez balon wypełniony tlenem, która umozliwiała wysyłanie sygnałów z nowo wybudowanego przenośnego radio-trnsmiterea, który nadawał na ponad 100000 mil m kwadratowych oceanu. Transmiter był znany załodze jako "gibson gearl" z powodu swoich kształtów, ważył tylko 33 funty. Został zbudowany przez Bendix Aviation we współpracy z laboratorium radiowo-samolotowym Signal Corps w Wright Field. Obracając korbą, transmiter umozliwiał niedoświadczonemu operatorowi wysyłanie sygnału SOS w przypadku potrzeby wyszukania samolotu.
Chicago - L.E. Wood (po prawej stronie) z pierwszym oficerem T. R. Cockroft i hostessa Roberta Sturgiss, sfotografowani podczas testów urządzenia prowadzonych przez TWA, z meteorografem balonowym, który został przywłaszczony przez Federalne Biuro Pogody, zgodnie z zarządzeniem z Waszyngtonu. Te (latające roboty) zbierały dane o warunkach pogodowych od ziemi po stratosferę i regularnie raportowały o obserwacjach przez radio. One mają zastąpić prywatne loty kontraktowe, które były wysyłane codziennie z różnych lotnisk w kraju, aby zdobyć informacje o temperaturze, ciśnieniu i wilgotności.
Havana, Cuba: Narodowe Obserwatorium Cuby, które stoi na straży południowego wybrzeża Stanów Zjednoczonych lokalizuje i raportuje wszystkie huragany, które tworzą się na południu Karaibów. Huraganowi strażnicy, których zadaniem jest ustalanie kursów i intensywności wszystkich tropikalnych burz, wysyłają wskazówki przez sąsiednie wyspy i południowe wybrzeże Florydy zanim huragan uderzy. Te placówki, które są w dużym stopniu zaopatrywane w najnowocześniejszy sprzęt przez Biuro Prognoz Stanów Zjednoczonych, wysyłają serię ostrzeżeń o prędkości nadchodzących huraganów.
Mężczyźni z Narodowego Obserwatorium wysyłają balon aby ustalił warunki pogodowe poprzedzające kurs zbliżającego się huraganu.
