Mongolfiera

Un pallone meteorologico è un pallone a gas utilizzato nei campi della meteorologia e dell'astronautica . Si tratta di un pallone libero senza equipaggio, utilizzato per effettuare misurazioni locali nell'atmosfera grazie a una serie di strumenti posti a bordo in un pod chiamato radiosonda , oltre a un riflettore radar o un sistema di radiolocalizzazione per seguirlo e quindi determinare la velocità del vento . Il pallone meteorologico è stato inventato da Gustave Hermite nel 1892.

Il suo interesse principale è riuscire a raggiungere quote di almeno 35 km , il record è di 53 km , difficile da ottenere con mezzi più convenzionali come gli aeroplani , e ad un costo molto più basso di un razzo sonda o di un satellite .

Storia

Lo sviluppo delle conoscenze in meteorologia richiede la conoscenza delle variabili di vento, temperatura, pressione e umidità sia al suolo che in altitudine. Alla fine del XIX ° secolo , i ricercatori ei meteorologi hanno dati solo molto sparsi sulla superficie. Gustave Hermite, un inventore francese, ebbe l'idea di rilasciare un pallone a cui avrebbe attaccato gli strumenti. Tuttavia, la radio non è ancora inventata, deve recuperare questi strumenti cercando il punto di caduta dopo l'esplosione del pallone. il17 settembre 1892, Hermite rilascia il suo primo pallone meteorologico fatto di carta rivestita di petrolio . Aveva un diametro di quattro metri e trasportava un barometro a mercurio di 1,2 kg .

La sua idea si diffuse inizialmente lentamente, ma ricercatori come Léon Teisserenc de Bort e Richard Aßmann , grazie a questo sistema, scoprirono la tropopausa , la stratosfera e gli altri strati dell'atmosfera. Dopo alcuni test del 1927 , Pierre Idrac e Robert Bureau combinarono i sensori con un piccolo trasmettitore radio a lampada che ritrasmetteva i valori misurati a terra in tempo reale. Il primo volo di un pallone meteorologico che ritrasmette la misurazione della temperatura via radio viene effettuato su17 gennaio 1929a Trappe . Il recupero dei dati non dipende più dal recupero casuale del relitto del pallone, è la nascita della moderna radiosonda.

Nel 1940, le radiosonde sostituirono completamente i meteografi degli aerei per le rilevazioni quotidiane. Da lì, i meteorologi utilizzeranno le informazioni raccolte per sviluppare un modello concettuale della circolazione atmosferica e integrarlo nelle previsioni del tempo .

tipi

Esistono diversi tipi di palloncini meteorologici:

I palloni meteorologici standard sono solitamente gonfiati con elio e trasportano carichi significativi ad alta quota. Usare l' idrogeno nelle stazioni remote, come nell'Artico canadese , perché è facile ed economico da produrre per idrolisi , evitando così il costoso trasporto dell'elio, ma la sua manipolazione è più rischiosa. Il pallone viene gonfiato in modo da avere una velocità di risalita di circa 5 m/s . È chiuso e realizzato con mescole elastiche ( lattice , neoprene o polietilene ) il che implica che scoppi ad altitudini generalmente comprese tra 10 e 35 km . A causa della pressione molto bassa che regna a queste altitudini, l'involucro si dilata fino alla rottura, il suo diametro potendo aumentare del 400%;
I palloncini aperti (oa volume costante ) costituiti da un involucro leggero. Sono aperti nella parte inferiore e consentono quindi la fuoriuscita dell'elio durante la risalita, il che impedisce al pallone di esplodere con il calo della pressione circostante e consente di essere progettati con materiali meno resistenti e poco costosi da produrre. Possono raggiungere fino a 45 km di altitudine e rimanervi fino a 4 giorni. Questo tipo di pallone meteorologico rappresenta la maggior parte dei palloni lanciati in ambito scientifico;
I palloncini pressurizzati riempiti di elio (o costante ): sono costituiti da un involucro rigido che ne impedisce lo scoppio. Possono così rimanere per settimane nell'atmosfera - tra i 10 ei 20 km - e consentire esperimenti a lungo termine, potendo sorvolare diversi terreni;
I palloncini a infrarossi : l'involucro è spesso alluminato e consente l'ingresso dei raggi IR del Sole , che riscalda l'aria nel pallone in modo continuo anche ad alta quota. Durante il giorno, il pallone sale a circa 28 km e di notte scende a 20 km . Il grande vantaggio di questo tipo di mongolfiera è la loro lunghissima durata; sono già stati effettuati voli della durata di diversi mesi che consentono più volte di circumnavigare il mondo;
I palloni prigionieri : palloni legati a terra che trasportano strumenti per determinare i valori di uno o più elementi meteorologici in alto. È particolarmente utilizzato per studi micro e mesometeorologici ;
I palloni da aquilone : forma speciale di palloni legati utilizzati per mantenere gli strumenti meteorologici ad un'altezza circa costante nell'atmosfera;
I palloni tetraedrici : palloncini a volume costante formano un tetraedro più adatto a mantenere velivoli ad alta quota perché le loro cuciture sono più resistenti di quelle dei palloni rotondi. Servono a seguire i movimenti delle masse d'aria a quota costante;
I dirigibili : dirigibili palloni dotati di strumenti per la misurazione degli elementi meteorologici in quota;
Il razzo dei palloni : Sistema di misurazione dell'alta quota che utilizza un razzo sonda trasportato da una grande palla e che spara vicino all'altitudine massima che può raggiungere la palla.

Componenti vari

Un pallone meteorologico è costituito da una catena di volo , composta da:

La palla stessa, tirando il resto della catena;
Un paracadute nella maggior parte dei casi, per consentire una discesa regolare ;
Un transponder che consente ai controllori del traffico aereo di conoscerne la posizione - o un riflettore radar per i palloni più semplici;
Una o più gondole , che spesso possono essere staccate in diverse fasi del volo, all'occorrenza ognuna con il proprio paracadute e/o il proprio transponder . È il cesto (il cesto di vimini si usa meno della semplice scatola) che contiene gli esperimenti.

Usi

Esistono tre categorie di utilizzo dei palloni meteorologici:

palloni scientifici e meteorologici convenzionali;
palloncini per le scuole, come il programma Planète-Sciences in Francia;
palloni amatoriali con associazioni di radioamatori , come Ballons Haute Altitude France (BHAF) che aiuta i progetti amatoriali francesi non pubblicitari.

Uso tipico

La maggior parte dei palloni sperimentali ha l'obiettivo di studiare l'atmosfera (ad esempio: lo strato di ozono) e sono realizzati da professionisti come CNES o università .

Esistono anche palloni meteorologici , il cui scopo è quello di registrare la temperatura , l' umidità , la velocità e la forza dei venti che aiutano nella preparazione delle previsioni del tempo : queste sono chiamate radiosonde . Uscite di questi palloni sono fatte due volte al giorno a 0 h UT e 12 pm GMT, in base ad una convenzione della World Meteorological Organization . Tutti i paesi del mondo partecipano a questi rilasci e la distribuzione dei siti è oggetto di accordi. In Francia, per esempio, ci sono sette stazioni radiosonda.

Uso amatoriale

I palloni meteorologici sono stati a lungo lanciati dai radioamatori. Negli anni '70, ad esempio, in Francia c'erano le "sonde ANJOU" che trasportavano nell'atmosfera un relè radioamatoriale a banda larga per consentire collegamenti radio a lunga distanza. Poiché l'orizzonte visto dal pallone è dato dalla relazione dove h è l'altitudine del pallone, un pallone a quota 35.000 metri ha l'orizzonte a 767 km ed è possibile il collegamento radio in vista diretta mentre l'attenuazione del segnale emessa dal trasmettitore del pallone è molto bassa. Questo spiega perché il segnale ricevuto a terra per un trasmettitore di bassissima potenza da 100 a 500 milliwatt è ottimo. Da qui l'interesse per la sperimentazione radiofonica e meteorologica da parte dei radioamatori. ${\ displaystyle \ scriptstyle d = 4,1 {\ sqrt {h}}}$

Poiché un pallone può trasportare più pod, un sistema di telecamere ATV direct a colori può anche essere trasportato in uno. Ad esempio un pod radioamatoriale, seguito da un pod scolastico e un pod televisivo può costituire la carica di un pallone. I baccelli possono essere separati o uniti tra loro per formare un blocco compatto con un lato di circa 30 cm . La massa totale del gruppo palla, canestro e accessori non deve superare i 4 kg . I palloni amatoriali vengono rilasciati dalle associazioni radioamatoriali quando ci sono trasmettitori a bordo. Non ci possono essere palloni lanciati da persone isolate, non dichiarate e non autorizzate da emettere nello spazio. Studenti, docenti, radioamatori e radioamatori possono essere coinvolti nello stesso progetto e lavorare in team, per portare a termine un progetto e segnalarlo all'aviazione civile.

Altre associazioni di radioamatori non hanno necessariamente un progetto con le scuole, ma un vasto pubblico è presente in tutte le fasi dei loro sforzi, compresi i giovani (ad esempio i palloni BOUFIGO nella regione di Marsiglia ). Spesso lavorano di concerto con altre organizzazioni come la sicurezza civile . Il pod principale è dotato di un trasmettitore VHF o UHF. In Francia la frequenza riservata è 144,650 MHz dalle convenzioni internazionali IARU . Le frequenze intorno a 434,650 MHz sono ampiamente utilizzate in tutto il mondo. Le trasmissioni durante la traiettoria di volo verso l'alto possono essere utilizzate per azioni su esperienze di bordo con componenti di potenza come relè, servomotori o altri sistemi interattivi. I radioamatori possono sperimentare e innovare con l'elio oi palloni solari controllando l'altitudine del pallone attraverso una valvola. Possono anche eseguire il drop o burst dell'inviluppo alla volta e per un'altitudine molto precisa. Infine, è possibile modificare a distanza la traiettoria di un pallone tramite il canale UHF o VHF upstream che trasmette dati codificati al pallone. Gli utenti possono seguire il movimento del pallone su una mappa di base utilizzando un software appropriato perché un modulo GPS associato a un trasmettitore e un'interfaccia APRS consente una precisa localizzazione in tempo reale della gondola durante quasi l'intero volo dal 1996 in Francia. Il tasso di recupero può quindi raggiungere il 100% grazie alle previsioni di traiettoria utilizzando previsioni del vento sempre più affidabili disponibili su Internet. Il punto di caduta a volte può essere ottenuto con una precisione dell'ordine di 250-500 metri grazie a queste previsioni e ai dati GPS durante il volo. Le squadre di recupero radioamatoriali sono spesso sul luogo della caduta prima dell'arrivo del pallone per garantire il recupero dell'attrezzatura dalla navicella. I radioamatori della sicurezza civile partecipano spesso per esercitarsi nella formazione di ricerca in natura. Vedi FNRASEC.

I palloni meteorologici sono ottimi vettori per gli esperimenti. Ecco perché, ad esempio in Francia , CNES , in collaborazione con l'associazione Planète Sciences, consente ai giovani di creare la propria esperienza (s) nell'ambito del programma "Una palla per la scuola".". Questi verranno poi appesi a un cesto sotto un pallone in lattice che può raggiungere i 25-30 km di altitudine. Questi esperimenti già realizzati in molte scuole (~ 150 all'anno) consentono agli studenti di studiare l'atmosfera, l'inquinamento, scattare foto o filmare a varie altitudini. Questi progetti devono iniziare all'inizio dell'anno scolastico e il rilascio avviene da marzo a maggio. Statisticamente e grazie all'adesivo posto sulla navicella, vengono recuperati 2 palloni su 3. La ricerca a terra viene effettuata dalla direzione convenzionale - ritrovamento effettuato da radioamatori che organizzano il recupero su richiesta delle scuole. Anche in questo caso il tasso di recupero dei pod può raggiungere il 100%.

Dall'avvento delle action cam , amatori o aziende specializzate hanno deviato l'uso dei palloni meteorologici per raggiungere la stratosfera e produrre immagini spettacolari di oggetti, marchi o loghi.

Note e riferimenti

Legge francese: decreto di 20 febbraio 1995 relativi alla terminologia della scienza e della tecnologia spaziale.

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(in) " La ricerca sulle Balloon Float oltre a 50 km Altitude " , Istituto di spazio e Astronautical Scienza, JAXA (accessibile il 1 ° febbraio 2018 ) .
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(in) JK Angell e DH Pack , " Analisi dei voli a basso livello di palloncini a volume costante (tetroon) dall'isola di Wallops " , Journal of Atmospheric Sciences , AMS , vol. 19, n ° 1,gennaio 1962( ISSN 1520-0469 , riassunto , lettura online [PDF] , accesso 26 novembre 2013 )
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" Azienda che offre il lancio di marchi nella stratosfera " , su publicom.space (consultato il 30 giugno 2020 )

Vedi anche

link esterno

[1] http://www.radioamateurs-france.fr/
[2] https://ballonssondes.wordpress.com/
[3] https://ukhas.org.uk/ UKHAS per i nostri vicini inglesi.
[4] http://www.swiss-strato.com/ Associazione Swiss Strato
(it) " SQ6KXY Radiosonde Tracker Database " , aggregatore per il monitoraggio di palloni meteorologici da parte di radioamatori.