Шар-рекордсмен: Экономия под сверхдавлением

Действительно, для многих научных задач воздушные шары представляют собой великолепную площадку. Неся груз необходимых инструментов, они способны подняться на высоту до 99% толщины атмосферы, чего достаточно для большинства экспериментов. А главное — можно отказаться от весьма дорогостоящих ракетных стартов и использования спутников. К сожалению, до сих пор использование воздушных шаров существенно ограничивалось временем. Как правило, они остаются в полете несколько дней, максимум — пару недель, а затем начинают сказываться протечки, легкий газ (обычно это гелий), которым заполнен шар, улетучивается, и аппарат со всей аппаратурой падает на землю.

Вот почему разработчики подобных систем поставили себе целью добиться продолжительности полета в 100 дней, и прототип, чьи испытания завершились на днях, дает все основания верить в то, что задача будет выполнена.

Оболочку составляет тонкий слой синтетического материала, а газ внутри нее находится под «сверхдавлением», то есть — избыточным давлением. Вместе с необычной «тыквенной» формой шара это позволяет ему выдерживать перепады температуры и связанные с этим изменения давления газа, которые обычно приводят к изменению объема шара, а значит — и изменения в подъемной силе.

Действительно, обычно при охлаждении, в полном соответствии с уравнением состояния идеального газа, газ, наполняющий шар, сжимается. Уменьшается его объем, а значит (по закону Архимеда) и подъемная сила. Так что даже самый идеальный шар не может использоваться дольше, чем длятся ровные погодные условия. Самая длительная стабильная температура в воздухе над Землей наблюдается во время долгого полярного лета, так что воздушные шары стараются использовать именно в этот период и на высоких широтах. Но и при этом изменения температур достаточно, чтобы высота парения шара менялась на тысячи метров. Для ученых, использующих шар в качестве площадки для экспериментов, этого явно недостаточно.

В противоположность таким аппаратам, воздушные шары под сверхдавлением сохраняют свою форму при достаточно значительных перепадах температуры за бортом. Это означает, что они способны оставаться на высоте более длительное время, и сохранять ее стабильнее. А это означает, что ученые могут спокойно собирать свои данные, а возможно — и охватить такими исследованиями и другие широты планеты. Это особенно важно для некоторых астрономических наблюдений: в рентгеновском и ультрафиолетовом спектре вести их из района полюсов невозможно, поскольку именно здесь отклонение излучения, которое создает магнитное поле планеты, максимально.

Итак, прототип такого воздушного шара был запущен с американской антарктической станции McMurdo 28 декабря прошлого года. На борту его отправилось немного оборудования: цифровые камеры, датчики температуры и давления, средства связи, а заодно и некоторые приборы для проведения наблюдений по исследовательской программе BARREL — правда, приборы эти не работали, а только проходили испытания в полете.

Сам полет длился так долго, что даже командировочный срок, отпущенный работающей с шаром команде, истек, они покинули Антарктиду — а шар все продолжал оставаться в воздухе и на высоте 22,8 км описывать медленные петли. При этом перепады в высоте составляли не более 700 м.

Шар не сумел достичь цели — 100 дней в воздухе — но и 42-х пока достаточно. Тем более, что он и не был предназначен для этого, и команда во главе с Дэвидом Пирсом сама дала ему команду на спуск, чтобы серьезно подготовить аппарат к следующему запуску, которые назначен на ближайшее лето.

Кроме того, разрабатываются и более «серьезные» прототипы: в 2010 г. в воздух должен подняться воздушный шар втрое больше этого и способный нести до тонны оборудования — оставаясь в воздухе около 100 дней. При этом стоимость и шара, и запуска, и полета не превысит 1 млн долларов, что намного выгодней десятков миллионов, в которые обходятся запуски спутников для тех же целей.

По публикации Nature News