Аэростат сверхдавления ( SPB ) — это разновидность аэростата , в котором объем баллона поддерживается относительно постоянным при изменениях давления окружающей среды вне баллона и температуры содержащегося в нем подъемного газа . Это позволяет воздушному шару сохранять стабильную высоту в течение длительного времени. Это контрастирует с гораздо более распространенными воздушными шарами переменного объема, которые либо лишь частично заполнены подъемным газом, либо изготовлены из более эластичных материалов. Запечатанные оболочки воздушных шаров, также называемые тыквенными или воздушными шарами сверхдальних расстояний (ULDB), имеют форму тыквы на высоте полета. [1]
В аэростате переменного объема объем подъемного газа изменяется за счет нагрева и охлаждения в суточном цикле. Цикл усиливается за счет парникового эффекта внутри воздушного шара, в то время как окружающий атмосферный газ подвержен гораздо более ограниченному циклическому изменению температуры. По мере того как подъемный газ нагревается и расширяется, вытеснение атмосферного газа увеличивается, в то время как вес баллона остается постоянным. Его плавучесть увеличивается, а это приводит к увеличению высоты , если это не компенсируется выбросом газа. И наоборот, если шар остынет и упадет, возникает необходимость сбросить балласт . Поскольку и балласт, и газ конечны, существует предел тому, как долго воздушный шар переменного объема может компенсировать это, чтобы стабилизировать свою высоту.
Напротив, аэростат сверхдавления испытывает меньшие изменения высоты без компенсационных маневров. [2] Поскольку объем воздушного шара более ограничен, то же самое происходит и с объемом вытесняемого им воздуха. В соответствии с принципом Архимеда , сила, действующая вверх на шар, равна весу вытесненного окружающего газа. В этом случае окружающим газом является атмосферный газ, вытесненный баллоном. Вес вытесненного атмосферного газа уменьшается по мере подъема воздушного шара, поскольку плотность атмосферы уменьшается с увеличением высоты . [3] Таким образом, сила, толкающая воздушный шар вверх, уменьшается с высотой, и на некоторой определенной высоте восходящая сила равна весу воздушного шара. В результате воздушный шар остается стабильным в конечном равновесном диапазоне высот в течение длительного времени.
Недостаток заключается в том, что для таких баллонов требуются гораздо более прочные материалы, чем для негерметичных типов.
Аэростаты сверхдавления (СПБ) обычно используются для чрезвычайно длительных полетов беспилотных научных экспериментов в верхних слоях атмосферы [2] , где температура атмосферного газа довольно стабильна в течение суточного цикла. [4] В 1985 году такие воздушные шары использовались для аэроботов , летающих на высоте примерно 50 километров (160 000 футов) в атмосфере Венеры в рамках международной советской программы «Вега» .
В феврале 1974 года полковник Томас Л. Гэтч-младший из USAR попытался совершить первое пересечение Атлантики на воздушном шаре на аэростате сверхдавления под названием Light Heart . После потери по крайней мере двух из десяти воздушных шаров, обеспечивающих подъемную силу, и после существенного отклонения от курса, который полковник Гэтч запланировал, чтобы воспользоваться реактивным течением , последнее зарегистрированное наблюдение « Легкого Сердца» было на расстоянии 1610 километров (1000 миль). к западу от Канарских островов ; никаких дальнейших следов самолета обнаружено не было. [5]
.jpg/1280px-NASA_Super_Pressure_Balloon_Begins_Globetrotting_Journey_(27072743125).jpg)
В марте 2015 года НАСА запустило SPB на высоту 110 000 футов (34 000 м) на 32 дня из Новой Зеландии и приземлило его в Австралии после того, как была обнаружена утечка. [6] Это был первый раз, когда SPB летал в течение длительного времени с дневным и ночным циклом. В полностью надутом состоянии он был размером с футбольный стадион.
Проект Google Loon использует воздушные шары с управляемой высотой и сверхдавлением для полетов продолжительностью более 300 дней. [7]
SPB TRAVALB-2 превзошел предыдущие полеты на антарктических воздушных шарах, оставаясь в воздухе в течение 149 дней, 3 часов и 58 минут после запуска с площадки НАСА для воздушных шаров большой продолжительности (LDB) в лагере LDB на станции Мак-Мердо в Антарктиде. Операцию поддержали Национальный научный фонд и Антарктическая программа США . [8] После прекращения запуска «Травальб-1» 29 декабря 2019 года стартовал «Травальб-2», чтобы проверить прогнозы НАСА о траектории воздушных шаров в Антарктиде и изучить потери электронов из радиационных поясов Земли. [9]
Телескоп для получения изображений, размещенный на воздушном шаре сверхдавления (SuperBIT), подготовлен к более чем 30-дневному полету с системой НАСА SPB в марте 2022 года. Запущенный из Ванаки , Новая Зеландия, SuperBIT намеревается воспользоваться преимуществами дневных и ночных циклов, которые стали возможными благодаря SPB. для получения изображений стратосферы космического качества с ограниченной дифракцией .
Китайский высотный аэростат , который наблюдался транзитом через Соединенные Штаты в начале 2023 года, представлял собой аэростат сверхдавления, похожий по стилю на более ранние воздушные шары НАСА . [10]
