ŻEGLOWANIE W PRZESTRZENI.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

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

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: