超圧気球

超圧気球（SPB）は、気球外部の周囲圧力の変化や内部の揚力ガスの温度の変化に対して、気球の容積が比較的一定に保たれるタイプの気球である。これにより、気球は長期間安定した高度を保つことができる。これは、揚力ガスが部分的にしか充填されていないか、より弾性のある材料で作られている、より一般的な可変容積気球とは対照的である。パンプキンバルーンまたは超長距離バルーン（ULDB）とも呼ばれる密閉された気球エンベロープは、飛行高度でパンプキン形状になる。^[1]

手術

可変容積気球では、浮上ガスの容積は日周サイクルによる加熱と冷却により変化します。サイクルは気球内部の温室効果により拡大されますが、周囲の大気ガスははるかに限定された周期的な温度変化の影響を受けます。浮上ガスが加熱され膨張すると、大気ガスの変位が増加しますが、気球の重量は一定のままです。浮力が増加するため、ガスを排出して補正しない限り、高度が上昇します。逆に、気球が冷えて下降すると、バラストを放出する必要があります。バラストとガスはどちらも有限であるため、可変容積気球が高度を安定させるために補正できる時間には限界があります。

対照的に、超圧気球は補正操作をしなくても高度の変化が小さくなります。^{[2]気球の容積がより制約されるため、気球によって押しのけられる空気の容積も小さくなります。}アルキメデスの原理によれば、気球に働く上向きの力は、押しのけられた周囲のガスの重さに等しくなります。この場合、周囲のガスとは、気球によって押しのけられた大気のガスです。大気の密度は高度の上昇とともに減少するため、押しのけられた大気のガスの重さは気球が上昇するにつれて減少します。[ 3 ^]そのため、気球を押し上げる力は高度とともに減少し、ある特定の高度では、上向きの力が気球の重さに等しくなります。その結果、気球は有限の平衡高度範囲で長期間にわたって安定した状態を保ちます。

欠点は、このようなバルーンには、非加圧型よりもはるかに強力な材料が必要になることです。

アプリケーション

超高圧気球（SPB）は、通常、大気ガスの温度が日周サイクルを通じて非常に安定している上層大気圏[ ^2]での無人科学実験の超長期飛行に使用されます。 ^[4] 1985年には、ソ連主導の国際的なベガ計画において、金星の大気圏で高度約50キロメートル（160,000フィート）を飛行するエアロロボットにこのような気球が使用されました。

1974年2月、アメリカ陸軍のトーマス・L・ガッチ・ジュニア大佐は、ライトハートと名付けられた超圧気球で大西洋を横断する初の試みを行った。揚力を提供する10個の気球のうち少なくとも2個が失われ、ガッチ大佐がジェット気流を利用するために計画したコースから大幅に外れた後、ライトハートの最後の目撃情報はカナリア諸島の西1,610キロメートル（1,000マイル）の地点であり、それ以降、この航空機の痕跡は発見されなかった。^[5]

2015年3月、NASAはニュージーランドから32日間かけて高度110,000フィート（34,000メートル）までSPBを打ち上げ、空気漏れが検出された後にオーストラリアに着陸させた。^[6]これは、SPBが昼夜を問わず長時間飛行した初めてのケースであった。完全に膨らんだ状態は、フットボールスタジアムほどの大きさであった。

GoogleのProject Loonは高度制御可能な超圧気球を使用して300日以上の飛行を実現しています。^[7]

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、これまで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。 ^[8] 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研究しました。 ^[9]

超高圧気球搭載撮像望遠鏡（SuperBIT）は、 2022年3月にNASAのSPBシステムから30日間以上の飛行を行う予定です。ニュージーランドのワナカから打ち上げられるSuperBITは、SPBによって可能になった昼夜サイクルを利用して、成層圏から宇宙品質の回折限界画像を取得する予定です。

2023年初頭にアメリカ上空を通過するのが観測された中国の高高度気球は、以前のNASAの気球と同様のスタイルの超圧気球であった。^[10]

参照

参考文献

^ 「Scientific Balloons」NASA.gov . NASA 2015年7月13日. 2020年7月14日閲覧。
^ ab 「NASAのプロトタイプ超圧力気球が南極大陸で飛行に成功」。space-travel.com。2009年1月27日。
^ Shelquist, Richard (2010). 「空気密度と密度高度の計算入門」Shelquist Engineering。
^ Seidel, Dian J.; Free, Melissa; Wang, Junhong (2005). 「ラジオゾンデから推定した上空気温の日周サイクル」(PDF) . Journal of Geophysical Research . 110 (D9). American Geophysical Union . Bibcode :2005JGRD..110.9102S. doi :10.1029/2004JD005526.
^ 「プライベートフライト：大西洋横断気球飛行の試み」Flight International . 105 (3390). IPC Transport Press Ltd: 263. 1974 . 2011-06-30閲覧。
^ リチャード・チャーグウィン（2015年4月28日）。「NASAの『UFO』が空気漏れし、オーストラリア奥地に着陸：超高圧気球の飛行は中止、計画100日間の飛行の32日目」ザ・レジスター。
^ 「Medium: 「成層圏での312日間」」www.medium.com . 2020年12月28日閲覧。
^ 「マクマード基地LDBキャンプのNASA長期滞在型気球（LDB）サイト」csbf.nasa.gov . NASA . 2020年7月14日閲覧。
^ 「NASAの南極キャンペーン（IV）」stratocat.com . Stratocat.com . 2020年7月14日閲覧。
^ Xiao, Muyi (2023-03-20). 「宇宙から中国の気球を追跡」ニューヨークタイムズ。 2023年3月24日閲覧。

外部リンク

NASA 超高圧気球
NASA の今日の画像「Aloft」には、南極上空の超圧気球が写っています。
ノットの超高圧気球

[Scientific_Balloons-1] 「Scientific Balloons」NASA.gov . NASA 2015年7月13日. 2020年7月14日閲覧。

[NASA-2] 「NASAのプロトタイプ超圧力気球が南極大陸で飛行に成功」。space-travel.com。2009年1月27日。

[3] Shelquist, Richard (2010). 「空気密度と密度高度の計算入門」Shelquist Engineering。

[4] Seidel, Dian J.; Free, Melissa; Wang, Junhong (2005). 「ラジオゾンデから推定した上空気温の日周サイクル」(PDF) . Journal of Geophysical Research . 110 (D9). American Geophysical Union . Bibcode :2005JGRD..110.9102S. doi :10.1029/2004JD005526.

[5] 「プライベートフライト：大西洋横断気球飛行の試み」Flight International . 105 (3390). IPC Transport Press Ltd: 263. 1974 . 2011-06-30閲覧。

[tr-2015apr28-6] リチャード・チャーグウィン（2015年4月28日）。「NASAの『UFO』が空気漏れし、オーストラリア奥地に着陸：超高圧気球の飛行は中止、計画100日間の飛行の32日目」ザ・レジスター。

[7] 「Medium: 「成層圏での312日間」」www.medium.com . 2020年12月28日閲覧。

[CSBF-8] 「マクマード基地LDBキャンプのNASA長期滞在型気球（LDB）サイト」csbf.nasa.gov . NASA . 2020年7月14日閲覧。

[Stratocat-9] 「NASAの南極キャンペーン（IV）」stratocat.com . Stratocat.com . 2020年7月14日閲覧。

[NY_Times_3-20-10] Xiao, Muyi (2023-03-20). 「宇宙から中国の気球を追跡」ニューヨークタイムズ。 2023年3月24日閲覧。