コロンビア科学気球施設

コロンビア科学気球施設( CSBF ) は 1961 年に設立され、以前は国立科学気球施設 ( NSBF ) として知られていました。無人高高度気球の打ち上げ、追跡および制御、空域調整、遠隔測定およびコマンドシステム、回収サービスを提供するNASA の施設です。CSBF の顧客には、世界中の NASA センター、大学、科学グループなどが含まれます。

ミッション

CSBF には 3 つの使命があります。

NASA の科学気球プログラムと施設のメンテナンス、運用、ロジスティクスサポートを提供します。
NASA の気球ミッションの打ち上げ、制御、データ取得、指揮、回収のための高度な地上および飛行システムを提供します。
NASA の弾道プログラムの能力を向上させるための研究開発を実施します。

歴史

気球施設は、1961年に国立科学財団の後援の下、コロラド州ボルダーのNCARにヴィンセント・E・ラリーによって設立されました。1963年にテキサス州パレスチナに移転され、1973年1月に国立科学気球施設（NSBF）に指定されました。

1982 年、NSBF のスポンサーシップは国立科学財団からアメリカ航空宇宙局(NASA) に移管され、NSBF は大気研究大学法人 (UCAR) 傘下の独立した組織となりました。

1987 年 10 月から 2015 年 1 月まで、CSBF はニューメキシコ州ラスクルーセスにあるニューメキシコ州立大学の支援のもと、物理科学研究所によって運営されていました。2015 年 2 月、施設の運営はOrbital ATKの技術サービス部門に移管されました。現在はゴダード宇宙飛行センターのワロップス飛行施設気球プログラムオフィスによって管理されています。

NSBF はテキサス州に位置しているため、2003 年 2 月 1 日にスペースシャトルコロンビアの残骸が地球に落下したエリアの真ん中に位置します。2006 年 2 月、NSBF はSTS-107の乗組員に敬意を表してコロンビア科学気球施設 (Columbia Scientific Balloon Facility) に改名されました。

気球

バルーン

CSBF の従来型および長期 (LDB) 気球は厚さ 20 マイクロメートルのポリエチレンフィルムで作られており、浮遊時の直径は最大 140 メートル (460 フィート)、容積は最大 112 万 m ³ (4,000 万立方フィート) です。気球にはヘリウムガスが充填されており、最大 3,600 キログラム (7,900 ポンド) の積載が可能で、高度は最大 42 キロメートル (26 マイル) まで上昇し、40 日以上浮遊することができます。

このバルーンは圧力差ゼロのバルーンで、底部に空気穴があります。打ち上げられたときは部分的に膨らんでいるだけですが、上昇するにつれて気圧が下がり、完全に膨らみます。

気球の底部にはパラシュートが取り付けられており、パラシュートは鋼鉄製の吊り下げケーブルで積載物に取り付けられています。飛行は、爆発性のスクイブを発射してパラシュートを気球から切り離すことで終了します。同時に、引き裂き線が気球の上部を引き裂きます。気球はすぐに収縮して地面に落下し、回収して処分する必要があります (気球は使い捨てです)。積載物はパラシュートで吊り下げられながら下降し、地上の乗組員によって回収されます。

従来のペイロードは、高度で 72 時間以上浮遊します。長時間気球ペイロードは、42 日以上浮遊します。100 日以上浮遊して動作できる超長時間気球 (ULDB) が開発されています。制限要因は、太陽の昇りと沈みの日周サイクルです。日中の熱により気球が膨張して高度が上昇し、ヘリウムが失われます。夜間の熱損失により気球が沈み、収縮します。この影響を克服するためにバラストを搭載します。極地で直射日光が当たるときに飛行すると、高度の変化はより無視できるようになります。

ULDB気球またはスーパープレッシャー気球（SPB）は、ヘリウムの損失を防ぐために密閉されており、飛行高度ではカボチャの形をしています。^[1] SPB TRAVALB-2は、南極マクマード基地のLDBキャンプにあるNASA長期滞在気球（LDB）サイトから打ち上げられてから149日と3時間58分空中に留まり、以前の南極気球飛行を上回りました。この作戦は、国立科学財団と米国南極プログラムの支援を受けました。^[2] Travalb-1の打ち上げ中止後、Travalb-2は2019年12月29日に打ち上げられ、南極でのNASA気球の軌道予測をテストし、地球の放射線帯からの電子損失を調査しました。^[3]

準備、打ち上げ、飛行

気球飛行には、CSBF と科学チームの両方が関与します。CSBF は、科学的な目標に基づいて打ち上げ場所を決定し、現地の準備施設、気球、打ち上げおよび回収用車両、および飛行前、飛行中、および飛行後の活動のロジスティック面をサポートする人員を提供します。科学チームは、ペイロードを打ち上げ場所に発送し、機器の組み立て、最後の準備、および飛行中の実験の管理を行うための小さなフィールドステーションを設置します。ペイロードは通常、大型の機器または機器のクラスター、およびオンボードコンピューター、無線テレメトリ機器、およびバラストです。

気球を打ち上げるには、弱い低層風 (CSBF 動的打ち上げ技術の制限に従うため) と適切な上層風 (気球が地上局のテレメトリ範囲内、および許可された飛行領域内にとどまるため) の組み合わせが必要です。地表および上層大気の状態が打ち上げに適したものになるまで、ペイロードは打ち上げエリアまで数回転がされることがあります。

飛行中、データは地上に送信され、すぐに分析され、通常は機内でも記録されます。地上の科学者が積載物を積極的に制御するのが一般的です。たとえば、天体望遠鏡は、さまざまな観測源にリアルタイムで向けたり、自律動作モードにしたりすることができます。

発射場

CSBF は、実験のニーズに応じて、世界中のいくつかの場所から気球を打ち上げます。場所は次のとおりです。

バックアップコントロールセンター

2017年以来、CSBFはテキサス州ヒューストンにある国際宇宙ステーションのミッションコントロールセンター（MCC）のバックアップコントロールセンター（BCC）に指定されています。ヒューストンから約3時間の距離にあるCSBFは、MCCが避難した場合にNASAがISSの短期的な制御に利用できる施設を提供しています。BCCは、ジョンソン宇宙センターがハリケーンローラに備えていた2020年8月に一時的に稼働しました。^[4]