يعمل البالون Balloon كمنصة حاملة للأدوات العلمية بطريقة مماثلة للقمر الصناعي المداري أو مكوك الفضاء ، ولكن بتكاليف أقل بكثير.

.

مميزات

 

• يمكن أن يحلق البالون في رحىت لمدة تصل إلي 6 أشهر.

 

• يمكن استعادة الأجهزة العلمية وإعادة إطلاقها علي متن بالون مرة أخري.

 

The National Aeronautics and Space Administration (NASA) Scientific Balloon Program Office (BPO).

.

منظومة البالون العلمي Scientific Balloon System

 

برنامج المناطيد العلمية للإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (NASA) من مكتب برنامج المنطاد العلمي Scientific Balloon Program Office (BPO) التابع لناسا هو برنامج رحلات فضائية شبه مدارية Sub-Orbital Space Flight Program يستخدم في المقام الأول لدعم أنشطة أبحاث علوم الفضاء والأرض التي ترعاها وكالة ناسا.

 

يعمل البالون كحامل Carrier للأدوات العلمية بطريقة مماثلة للقمر الصناعي المداري أو مكوك الفضاء ، ولكن بتكاليف أقل بكثير. الفوائد المضافة للبالونات مقارنةً بوسائل الحمل الأخري لللأجهزة العلمية هي أن البالونات يمكن أن تطير بحمولات أكبر وأثقل ويتم تجهيزها في أقل من ستة أشهر بمجرد الموافقة علي دعم المهمة. يمكن أيضًا استعادة أجهزة البالون وإطلاقها مرة أخرى.

 

البالونات العلمية Scientific Balloons عبارة عن هياكل كبيرة جدًا مصنوعة عادةً من غشاء بولي إيثيلين Polyethylene Film رقيق بسمك 0.02 مم (0.8 مل) ، بنفس سماكة الغلاف العادي للساندويتش. يتم تجميع بنية Structure البالون من قطع Gores على شكل “قشور الموز Banana Peels”. بالنسبة إلى البالون الشائع الاستخدام 1.12 × 106 م3 (40 مليون قدم مكعب) أو 1.12 مليون متر مكعب ، يبلغ طول كل قطعة حوالي 183 مترًا (660 قدمًا) وبعرض 3 أمتار (9 قدمًا) عند نقطة منتصف الطول Mid-Point .

 

يتم استخدام الحرارة Heat للحام القطع معًا لتشكيل البنية النهائي. تشتمل اللحامات أيضًا لحام أشرطة تحميل ودعم الحمولة المعلقة Load Tapes . عندما يتم نفخ البالون بالكامل Fully Inflated ، يمكن أن يصل قطره إلى 140 مترًا (460 قدمًا) وارتفاعه 121 مترًا (396 قدمًا). تتكون منظومة البالون Balloon System عند الإطلاق على بالون Balloon ومظلة هبوط Parachute وعربة Gondola تحمل التجربة العلمية Science Experiment أو مقالة الاختبار Test Article . يمكن أن يصل إجمالي الحمل المعلق Total Suspended Load في منطاد علمي إلى 3600 كجم (8000 رطل) ويمكن رفعه إلى ارتفاع 36 كم (118000 قدم). يمكن الوصول لارتفاعات أعلى باستخدام حمولات أخف. لعقود من الزمان ، تم استخدام البالونات لإجراء دراسات علمية. في حين أن أساسيات البالونات Ballooning لم تتغير ، فقد ازداد حجم البالونات ، وتحسنت موثوقيتها بشكل كبير.

.

مواصفات

 

	نفخ البالون بالكامل Fully Inflated
حجم البالون Balloon Volume	1.12 × 106 م3 (40 مليون قدم مكعب) أو 1.12 مليون متر مكعب
المساحة السطحية Balloon Surface Area	89800 متر مربع
القطر Diameter	140 مترًا (460 قدمًا)
الإرتفاع Height	121 مترًا (396 قدمًا)
سمك غشاء بولي إيثيلين Skin Thickness	0.02 مم (0.8 مل mil)
طول اللحامات Lenght of Seams	34.8 كم
الإرتفاع الإسمي Nominal Altitude	38.4 كم
الحمولة القصوي Max. Payload Weight	2750 كجم

 

توفر البالونات منصة فعالة ومتعددة الاستخدامات من حيث التكلفة لإجراء التحقيقات العلمية.

.

إطلاق البالون Balloon Launch وتشغيله

 

يتم نفخ البالون بالهيليوم Helium ويتم إطلاقه مع تعليق الحمولة تحته. مع ارتفاع البالون ، يتمدد الهيليوم ويملأ البالون حتى يصل إلى حجم النفخ الكامل. بعد ساعتين إلى ثلاث ساعات من الإطلاق ، سيصل المنطاد إلى ارتفاع “الطفو” Float Altitude . عندما ينجرف البالون عبر السماء مدفوعًا برياح الستراتوسفير Stratospheric Winds ، تقوم الأداة العلمية بجمع البيانات. في نهاية المهمة ، يتم إرسال أمر من محطة أرضية Ground Station لفصل الحمولة عن البالون. تفتح المظلة ، مما يعيد الحمولة إلى الأرض وحدوث اصطدام آمن واستعادة الحمولة ورجوعها إلى الفريق العلمي. يسقط البالون أيضا على الأرض حيث يتم استعادته والتخلص منه.

 

تقوم ناسا حاليًا برحلات بالون تقليدية وطويلة المدة Long Duration Balloon (LDB) flights . تجري رحلات تجريبية لبالون الضغط الفائق Super Pressure Balloon (SPB) الجديد ومن المتوقع التشغيل الكامل في المستقبل القريب جدًا. سيعمل بالون الضغط الفائق SPB على تمكين مهام بالون فائقة المدة Ultra Long Duration Missions (ULDB) في حدود 100 يوم. وستحافظ أيضًا على ارتفاع يقترب من الثبات عند أي خط عرض.

.

اقرأ أيضا:   أنواع البالونات العلمية Types of Balloons

.

.

ساهمت بعثات البالون في العديد من الاكتشافات العلمية

 

تدعم بعثات البالون جميع التخصصات العلمية بما في ذلك الفيزياء الفلكية Astrophysics وعلوم الأرض Earth Science وعلوم الكواكب Planetary Science والفيزياء الشمسية Heliophysics وتطوير التكنولوجيا Technology Development. منذ نشأتها ، أنتجت المناطيد العلمية اكتشافات علمية عميقة ومتطورة. أسفر علم البالون Balloon Science التابع لوكالة ناسا عن رؤية غير معروفة من قبل عن الغلاف الجوي للأرض والشمس وبيئة الفضاء القريبة من الأرض والكون. قامت أدوات علم البالون Boomerang و MAXIMA برسم خريطة تباين حافة الكون المتسع من خلال علم خلفية الميكروويف الكونية Cosmic Microwave Background (CMB) ، مما يؤكد نموذج التضخم لتوسع الكون ، وهو أحد التأكيدات العلمية العظيمة في القرن العشرين.

 

ساهمت البالونات في تحديد البروتونات المضادة في الأشعة الكونية Cosmic-Ray Antiprotons ، والتي ثبت أنها نتيجة تصادم أشعة كونية معروفة بالغاز والغبار المتواجد بين النجوم ، مما وضع قيودًا على نوع الجسيمات فائقة التناظر التي تشكل المادة المظلمة Dark Matter . قامت البالونات العلمية باكتشافات مبكرة لخطوط أشعة جاما من سوبر نوفا Super Nova 1987A ، وانبعاث البوزيترون من المجرة ، وعابرات الأشعة السينية للثقب الأسود في منطقة مركز المجرة. قامت أدوات ناسا لعلوم الأرض بعمل ملاحظات لمركبات الكلورو فلورو كربون Chlorofluorocarbons (CFCs) وجذور أكسيد أحادي الكلور Chlorine Monoxide (ClO) في طبقة الستراتوسفير ، مما يؤكد نظرية استنفاد مركبات الكلورو فلورو كربون CFCs لطبقة الأوزون.

 

قدمت المناطيد العلمية لوكالة ناسا اكتشافات أساسية أدت إلى نضوج العلم والتقنيات في مهمات المركبات الفضائية. تم تطوير أدوات مرصد كومبتون لأشعة جاما Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) على بالونات علمية. قدمت حمولات البالون العلمية للخلفية الميكروويف الكونية (CMB) التي تم نقلها في أواخر الثمانينيات والتسعينيات الأساس لتصميم مسبار ويلكينسون لتباين الميكروويف Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Spacecraft .

 

أجرى الدكتور ديفيد ويلكينسون David Wilkinson العديد من رحلات المنطاد العلمية خلال مسيرته في دراسة الخلفية الميكروويف الكونية CMB. تم تطوير أجهزة الكشف في مهمة رؤوفين رماتي للتصوير الطيفي للطاقة الشمسية عالية الطاقة Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) لأول مرة وعرضها على بالونات علمية. تم عرض كاشف مسار الألياف المتلألئة Scintillating Fiber Trajectory Detector في مطياف نظائر الأشعة الكونية Cosmic Ray Isotope Spectrometer في مستكشف التكوين المتقدم Advanced Composition Explorer (ACE) أولاً في رحلة بالون.
جهاز تسديد أطراف الميكروويف Microwave Limb Sounder (MLS) ، مطياف انبعاث التروبوسفير Tropospheric Emission Spectrometer (TES) ، وأجهزة مسبار الأطراف الديناميكية عالية الدقة High Resolution Dynamics Limb Sounder (HIRDLS) على القمر الصناعي لنظام مراقبة الأرض (EOS-Aura) كلها تتبع النسخ الأولي من تلك الأدوات والتي طارت أولاً على البالونات.

 

ساهمت المناطيد العلمية في العديد من أهداف ناسا الاستراتيجية، حيث تم إجراء قياسات لتحديد جزء الاستقطاب في إشعاع خلفية الميكروويف الكونية CMB الذي نتج عن موجات الجاذبية البدائية Primordial Gravitational Waves ، والتي تقدم وعدًا كبيرًا لفهم الفترة التضخمية Inflationary Period للكون. طورت تجارب البالون العلمية نماذج كونية متقدمة ولعبت دورًا رئيسيًا في تطوير أجهزة الكشف والتقنيات اللازمة لقياسات الاستقطاب التي يتم إجراؤها في البعثات الفضائية. أجهزة علمية للبالون مثل مصفوفة تباين الاستقطاب البدائي Primordial Anisotropy Polarization Pathfinder Array (PAPPA) ، وكاشف E-and B-mode Explorer (EBEX) ، وتلسكوب البالون ذو الفتحة الكبيرة Balloon Borne Large Aperture Submillimeter Telescope (BLAST) قد أجرت قياسات مهمة لإشعاع خلفية الميكروويف الكونية CMB وإشعاع الموجات الصغرية الأمامية Foreground Microwave Radiation وهي حيوية لتطوير التقنيات اللازمة لأبحاث الأقمار الصناعية الفضائية في استقطاب خلفية الميكروويف الكونية CMB.

 

في مجال فيزياء الأشعة الكونية عالية الطاقة ، تعمل وزارة الطاقة ، ومؤسسة العلوم الوطنية ، ووكالة ناسا على تطوير برنامج منسق وواسع باستخدام منصات أرضية والبالون العلمي والأقمار الصناعية الفضائية لاكتشاف ودراسة المادة ذات الأعلى طاقة في الكون ، والمصادر التي تنتجها.

 

أداة Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) اكتشفت وجود نيوترينوات ذات طاقة أعلى من 1018 إلكترون فولت تتفاعل مع جليد القطب الجنوبي. اصطدام الأشعة الكونية الأعلى طاقة بإشعاع خلفية الميكروويف الكونية CMB يجب أن ينتج عنه نيوترينوات ذات طاقة في حدود 1017-19 eV . يمكن للبالونات مراقبة مليون كيلومتر مربع من الجليد في القطب الجنوبي بحثًا عن رشقات من انبعاثات لترددات راديوية متماسكة بالجيجاهيرتز والتي تنشأ من تأثير Askaryan Effect في سلسلة كهرومغناطيسية Electromagnetic Cascade عالية الطاقة. تنتج هذه الانفجارات الراديوية عن تفاعلات نيوترينوات عالية الطاقة في الجليد. هذه قدرة فريدة ، لا يمكن تحقيقها باستخدام أدوات أرضية أو المركبات الفضائية.

 

ستعمل دراسة X-Calibur المحمولة علي البالون على توسيع قدرتنا بشكل كبير على التحليل الطيفي عالي الدقة للأشعة السينية لمعرفة ما يحدث للمكان والزمان والمادة على حافة الثقب الأسود. ستعمل تجارب النماذج الأولية المحمولة بالبالونات لتلسكوب مسح التصوير بالأشعة السينية النشط Energetic X-ray Imaging Survey Telescope (ProtoEXIST) على تطوير تكنولوجيا لمصفوفات المساحات الكبيرة من كاشفات التصوير CdZnTe واختبار مسح التصوير ذو الفتحة المشفرة Coded Aperture في بيئة تشبه الفضاء. ستقدم كاميرا ومطياف كومبتون Compton Spectrometer and Imager (COSI) المحمول بالبالون سيطور دراسات مبكرة لفهم تطور بنية ودورات المادة والطاقة في الكون النامي ، وبالتالي ، يوفر الدعم لتلسكوب كومبتون المتقدم المحمول علي قمر صناعي Advanced Compton Telescope (ACT) .

 

ستحدد تلسكوبات البالون العلمية في الفيزياء الشمسية Heliophysics scientific balloon telescopes الظروف التي تسبب تسخين الكروموسفير الشمسي الذي ينتج العديد من أقوى خطوط الانبعاث في الطيف الشمسي فوق البنفسجي (EUV). كما سيتم استخدام المناطيد العلمية لدراسة الغلاف النيتوسفير Netosphere الذي لا يمكن الحصول عليه من عمليات الرصد في الموقع In-Situ Observations فقط.

 

تتكامل البالونات العلمية مع أقمار مراقبة الأرض من خلال توفير التحقق في الموقع In-Situ Validation لفهم كيفية تأثير التغييرات المستقبلية في تكوين الغلاف الجوي على الأوزون والمناخ. أنها توفر رصد للعمليات التفصيلية على المقاييس المكانية والزمانية أدق بكثير من الأقمار الصناعية. يمكن للرحلات الشتوية في القطب الشمالي استكشاف العمليات الفيزيائية الدقيقة التفصيلية المؤدية إلى سحب الستراتوسفير القطبية Polar Stratospheric Clouds التي لا يمكن دراستها من خلال عمليات الرصد بالأقمار الصناعية الفضائية. تعد المناطيد العلمية التابعة لوكالة ناسا مساهم مباشر في العلوم المتطورة ذات المستوى العالمي وهي جزء لا يتجزأ من تطوير التكنولوجيا لمهام المركبات الفضائية.

.

المصادر

 

1- Scientific Balloons Facts – NASA – PDF

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوكو 

***************************************************************

 

مواضيع ذات صلة

 .

• أنواع البالونات العلمية Types of Balloons

.

• نظام الإطلاق الجوي إلي المدار Air-Launch-to-Orbit

.

• شركة فيرجن أوربت وإطلاق الأقمار الصناعية بمساعدة طائرة

.

• سيناريوهات الإلتقاء الفضائي Space Rendezvous بمحطة الفضاء الدولية

.

• الطقس للإطلاق Weather to Launch

.

• النظام الصيني المتحرك KZ-1A لإطلاق الأقمار الصناعية

.

• كل شئ عن الصاروخ مومو MOMO أول صاروخ تجاري ياباني Commercial Rocket

.

• الإطلاق الفضائي من البحر

.

• إطلاق أصغر الصواريخ الحاملة للأقمار الصناعية في العالم

.

• صاروخ فضائي صيني ينافس صاروخ موسك

.

• نجاح الهند في اسقاط قمر صناعي

.