WiŻ8 039

baloniarstwo

STRATOSFERA D LA AMATORÓW

Większość z nas nie uczestniczy w programach kosmicznych. Są jednak sposoby, dzięki którym nawet amatorzy mogą się znaleźć bliżej kosmosu.

> LESZEK URBAŃSKI

ROBY RAKIETOWE zawsze

LOTY STRATOSFERYCZNE W SIECI

http://cygnus.moo.pl/ - pierwszy polski lot Near Space http://copernicus-project.org/ - polski program lotów Near Space http://www.parallax.com/Resources/CustomerApplications/Science/NearSpace/

tabid/567/Default.aspx - książka L. Paula Verhage'a „Near Space" o amatorskich lotach stratosferycznych (udostępniona w całości, w języku angielskim) http://www.pata.pi/ - Polska Agencja Żeglugi Powietrznej

: wiążą się z mniej-

Pszym lub większym ryzykiem oraz ze sporymi nakładami czasu i kosztów. Poważne światowe inicjatywy tego typu są prowadzone przez fundacje pozyskujące środki od prywatnych sponsorów. W tej sytuacji dla przeciętnego Kowalskiego jedyną drogą ku przestrzeni kosmicznej są loty balonów stratosferycznych, zwane przez amatorów Near Space (blisko kosmosu).

Balony Near Space nie osiągają umownej granicy kosmosu, czyli linii Karmana, przebiegającej (w przybliżeniu) 100 km n.p.m. Rekord wysokości osiągniętej przez balon stratosferyczny wynosi znacznie mniej - 53 km, a balony meteorologiczne wznoszą się na około 30 km. Warunki panujące na takich wysokościach są już zbliżone do kosmicznych i pozwalają zmierzyć się z problemami budowy odpowiednio odpornego sprzętu.

30 000 m n.p.m.

Pierwsze eksperymenty z lotami Near Space prowadzono w latach 80. w USA, lecz dopiero spadek cen i upowszechnienie odbiorników nawigacji satelitarnej GPS, umożliwiających śledzenie balonu podczas lotu i odnalezienie go po lądowaniu, przyczyniły się do wzrostu popularności tego hobby. Podczas współczesnych lotów Near Space zazwyczaj wykorzystuje się balon meteorologiczny z podwieszonym ładunkiem, zawierającym urządzenia elektroniczne: od czujników do pomiaru temperatury, ciśnienia i wilgotności przez aparaty fotograficzne i kamery aż do bardziej skomplikowanych, np. liczników promieniowania kosmicznego. Komunikacja z balonem jest prowadzona drogą radiową, a ładunek powraca na ziemię na spadochronie i może zostać ponownie użyty. HH| Przy projektowaniu i budowie ładunku dla balonu należy wziąć pod uwagę warunki panujące w stratosferze.

Na wysokości 30 km ciśnienie powietrza nie przekracza 20 hPa (na poziomie morza wynosi ono średnio 1013 hPa). Temperatury mogą osiągnąć od +30 °C na ziemi przy letnim starcie do -60 °C w stratosferze. Natężenie promieniowania kosmicznego jest 150 razy wyższe niż na poziomie morza, przy czym jest to w dużej mierze promieniowanie pierwotne, czyli pochodzące bezpośrednio z przestrzeni kosmicznej. Słowem - panują warunki porównywalne z tymi na powierzchni Marsa. Wszelkie niedogodności wynagradza jednak widok. Na wysokości 30 km horyzont znajduje się około 620 km od punktu obserwacyjnego, czyli ponad 130 razy dalej niż na powierzchni. Niebo staje się całkowicie czarne i widać krzywiznę Ziemi.

Każdy może

Do przeprowadzenia lotu balonem bezzałogowym nie są potrzebne żadne uprawnienia. Polskie prawo jest pod tym względem podobne do amerykańskiego. Wystarczy wystąpić do Agencji Ruchu Lotniczego (ARL) o zezwolenie na lot „lekkiego balonu wolnego bezzałogowego”. Zgoda wydawana jest na konkretny dzień, godzinę oraz miejsce startu. Obowiązuje kilka ograniczeń, z których najważniejsze to maksymalna masa ładunku, rodzaj balonu i wytrzymałość linki łączącej balon z ładunkiem. W chwili pisania tego artykułu obowiązujące przepisy zawarto w załączniku do Dziennika Ustaw nr 44 poz. 414 z 2004 roku (dostępny w bazie http://isip.sejm.gov.pl/).

Amatorom często zadaje się pytanie: czy loty balonowe stanowią zagrożenie dla cywilnej komunikacji lotniczej? Amerykański National Weather Service wypuszcza nawet kilkadziesiąt balonów dziennie, a instytucje meteorologiczne innych krajów - w tym i nasz Ośrodek Aerologii IMGW w Legionowie - również prowadzą regularne sondowanie atmosfery. I dotąd nie odnotowano kolizji balonu stratosferycznego ze statkiem powietrznym. Znacznie poważniejszym problemem jest zapewnienie bezpiecznego powrotu ładunku na ziemię w sposób minimalizujący zagrożenie dla ludzi i ruchu drogowego. Przy planowaniu lotu wybiera się więc obszary słabo zaludnione, z dala od największych dróg, terenów miejskich i lotnisk.

Sprzęt przeznaczony do lotu składa się z napełnianego helem kttjHUi, linki łączącej go ze spadochronem

i ładunku podwieszonego do linek spadochronu. Sam balon to specjalna powłoka lateksowa do wynoszenia sond atmosferycznych, samoczynnie pękająca po osiągnięciu odpowiedniej wysokości. Powłoki takie produkuje zaledwie kilka firm na świecie, trzeba więc liczyć się z koniecznością sprowadzenia balonu z zagranicy. Linka musi spełniać wymagania dotyczące odporności na zerwanie - w przypadku kolizji powietrznej balon powinien łatwo oddzielić się od ładunku. Niektórzy amatorzy wykonują spadochrony we własnym zakresie, jednak w przypadku błędu wzrasta wtedy ryzyko, że ładunek w drodze powrotnej osiągnie zbyt dużą prędkość i poczyni szkody. Najczęściej wykorzystuje się gotowe, dostępne w sprzedaży spadochrony do modeli rakietowych. Podwieszenie ładunku jest dość proste - nie stosuje się żadnego mechanizmu wyzwalającego spadochron; podczas opadania, w gęstszych warstwach atmosfery spadochron rozpościera się i zaczyna spowalniać lot.

Ładunek jest wynoszony w odpornym na warunki atmosferyczne pojemniku. Czynnikiem najbardziej wpływającym na elektronikę jest temperatura, dlatego do budowy pojemników wykorzystuje się poliestyren ekstrudowany, czyli materiał do ocieplania budynków. Dodatkowo pojemnik można zabezpieczyć kocem ratunkowym, czyli folią zapobiegającą wypromieniowaniu ciepła na zewnątrz. Dzięki temu ciepło wytwarzane przez elektronikę zostanie zatrzymane w pojemniku i utrzyma w nim temperaturę powyżej 0 °C. Z powodu dużej różnicy ciśnień występujących podczas lotu pojemnik nie powinien być hermetyczny.

Stopień zaawansowania elektroniki w ładunku zależy od inwencji i umiejętności konstruktorów. Nieodzowny jest komputer pokładowy, zbierający i zapisujący dane lotu i parametry z czujników (np. temperatury czy ciśnienia) oraz kontrolujący eksperymenty (np. wykonywanie zdjęć za pomocą aparatów cyfrowych). Do lokalizacji balonu w trakcie lotu oraz po powrocie stosuje się odbiornik GPS. Uzyskane dane trzeba przekazać osobom prowadzącym lot - komunikacja z balonem odbywa się za pomocą radiostacji krótkofalarskich oraz telefonu komórkowego, służącego za system zapasowy, przesyłający pozycję ś ładunku po wylądowaniu.

Samochodem za balonem

Przygotowania do lotu rozpoczynają się kilka godzin przed ustalonym z ARL czasem startu. Po sprawdzeniu systemów elektronicznych i komunikacji radiowej powłoka balonu jest napełniana helem. Instytucje meteorologiczne często używają wodoru ze względu na niższe koszty, amatorzy jednak wolą hel z powodu bezpieczeństwa; poza tym jest dostępny w sprzedaży w firmach wynajmujących butle z gazami technicznymi. Po napełnieniu balonu za pomocą wagi sprężynowej sprawdzana jest jego siła udźwigu. Jeśli okaże się za mała lub za duża, odpowiednio dodaje się lub wypuszcza hel. Następnie do balonu zostaje przywiązany spadochron. O zbliżającym się starcie zostaje powiadomiona ACC (Area Control Center) - kontrola obszaru lotniczego; balon zostaje wypuszczony i rozpoczyna się lot.

Na podstawie komunikatów odbieranych z komputera pokładowego, prowadzący lot zazwyczaj podążają za balonem samochodem, aby jak najszybciej odzyskać ładunek po wylądowaniu. Długość lotu do chwili pęknięcia balonu wynosi od godziny do kilku godzin i zależy od wiatru oraz prędkości wznoszenia, a ta z kolei - od stopnia wypełnienia balonu helem.

Po lądowaniu i odnalezieniu ładunku wszystkie dane (np. zdjęcia z aparatów) są przesyłane do komputera. Ładunek i spadochron mogą zostać użyte ponownie. A rezultaty? Fotografie wykonane podczas pierwszego polskiep| amatorskiego lotu stratosferycznego można zobaczyć poniżej.

> LESZEK URBAŃSKI w czerwcu 2006 roku przeprowadził pierwszy amatorski lot batonu stratosferycznego - Cygnus 2.

WIEDZA I ŻYCIE'

a