고고도풍선

High-altitude balloon
2005년 6월 12일 발사 직전 블라스트 고고도 풍선

고고도 풍선은 승무원 또는 나사 없이 만들어진 풍선으로, 보통 헬륨이나 수소로 채워져 성층권에 방출되며, 일반적으로 해발 18~37km(11~23mi, 59,000~121,000ft)에 달한다. 2002년에 BU60-1이라는 이름의 풍선은 53.0 km (32.9 mi; 173,900 ft)의 기록적인 고도에 도달했다.[1]

고공 풍선의 가장 흔한 종류는 날씨 풍선이다. 다른 목적에는 상층 대기에서 실험을 위한 플랫폼으로 사용하는 것이 포함된다. 현대의 풍선에는 일반적으로 무선 송신기, 카메라 또는 GPS 수신기와 같은 위성 내비게이션 시스템 같은 전자 장비가 포함되어 있다.

이 풍선들은 암스트롱 한계치(해발 18~19km, 11~12mi)와 카르만 선(해발 85km, 해발 53mi) 사이의 지구 대기 영역으로 정의되는 '근접 우주'로 발사된다. 비행을 유지하기 위해 공기역학적으로 부터.

GPS와 통신장비가 저렴해 영국 하스 등 기관이 탑재체 개발을 돕는 등 고고도 풍선이 인기 취미다.[2][3]

칼라마주대학의 Make Stuff Club이 출시한 취미용 고공 풍선의 예시 이미지
오리건 주 상공 약 10만 피트(19mi; 30km)에 있는 1,500g(3.3lb)의 기상 관측 기구로부터 찍은 사진
라텍스 풍선은 약 29.5km(18.3mi; 97,000ft)에서 터진다.

역사

최초의 수소 풍선

1783년 프랑스에서 수소충전 풍선에 대한 첫 공개 실험은 프랑스 물리학과 교수 자크 샤를르와 물리학 기구의 유명한 건설자인 로버트 형제들이 참여했다.

샤를르는 이전에 소량 생산에 그쳤던 수소를 540kg(1190lb)의 철분과 270kg(600lb)의 황산을 섞어 대량으로 공급했다. 샤를리에르라고 불리는 이 풍선은 채우는 데 5일이 걸렸고 30만 명의 사람들이 이 광경을 보기 위해 모인 파리의 챔프 드 마르스에서 발사되었다. 풍선이 발사되어 구름 사이로 솟아올랐다. 가스가 팽창하면서 풍선이 찢어졌고 45분 후 파리에서 20km(12mi) 떨어진 곳에서 내려왔다.[4]

승무원이 탄 고고도 풍선

승무원이 탄 고공 풍선은 1930년대부터 연구와 비행 고도 기록을 찾는 데 사용되어 왔다.[5] 주목할 만한 승무원 고고도 풍선 비행은 1960년 조지프 키팅어가 3만1300m로 엑셀시오르에 이어 2012년 펠릭스 바움가르트너가 3만8969m로 레드불 스트라토스에 이어 2014년 앨런 유스티스가 4만1419m로 세웠던 3개의 기록이다.

사용하다

나사를 풀지 않은 고공 풍선은 연구용 풍선, 교육용, 그리고 취미 활동가들에 의해 사용된다. 일반적인 용도는 기상학, 대기 및 기후 연구, 근거리 우주에서 이미지 수집, 아마추어 무선 애플리케이션, 서브밀리미터 천문학을 포함한다.

고공 풍선은 통신과[6] 우주 관광에서 사용될 것으로 여겨져 왔다.[5] 제로인피니티, 월드뷰엔터프라이즈 등 민간기업들은 과학연구와 상업용, 우주관광용 고공풍선을 제작하고 있다.[7][8] 통신 중계기 등의 응용을 위한 고고도 플랫폼 스테이션이 제안되었다.

아마추어 고공풍선

과학적 목적을 위한 아마추어 고공 풍선 탑재. 임베디드 컴퓨터 Arietta G25, 사용자 정의 pcb 및 다른 센서(온도, 압력, 패시브 방사선 검출기) 비행 후 찍은 사진.

고공 풍선은 과학적인 목적과 교육적인 목적 모두 3만m(9만8000ft)의 순서에 따라 학생과 아마추어 그룹에 의해 고도까지 날아가는 경우가 많으며,[2][3][9][10][11] 발사 수행에 많은 자원이 필요하지 않아 교육기관과 마니아들에게 인기를 끌었다.[12]

아마추어 무선 고고도 풍선 비행

라디오 레인지 테스트는 종종 이러한 취미의 큰 구성요소다. 아마추어 라디오는 자주 1200 보와 통신하기 위해 패킷 라디오와 함께 사용되는데, 지상국으로 되돌아가는 자동 패킷 보고 시스템이라는 시스템을 사용한다. 마이크로 또는 피코 추적기라고 불리는 더 작은 패키지들 또한 더 작은 풍선 아래서 만들어지고 운영된다. 이 작은 추적자들은 그들의 위치와 다른 데이터를 전송하기 위해 Morse 코드, 필드 헬, RTTY를 사용해왔다.[13]

최초의 아마추어 무선 고고도 풍선 발사는 1967년 5월 28일 일마리 프로그램에 의해 핀란드에서, 그리고 1964년 독일에서 이루어졌다.[14]

ARHAB 프로그램

ARHAB 비행 중 26km(16mi)에서 찍은 지구의 지평선 이미지.

아마추어 무선 고고도 풍선(ARHAB)은 풍선에 아날로그와 디지털 아마추어 라디오를 적용한 것으로, 이 취미를 위해 랄프 왈리오(아마추어 라디오 콜사인 W0RPK)가 제안한 이름이다. 흔히 "포먼의 우주 프로그램"이라고 불리는 ARHAB는 아마추어들이 우주선의 기능을 하는 모델을 디자인하여 우주와 같은 환경으로 발사할 수 있도록 한다. 빌 브라운(아마추어 라디오 콜사인 WB8ELK)은 1987년 8월 15일 아마추어 무선 송신기를 실은 풍선을 처음으로 발사하면서 근대 ARHAB 운동을 시작한 것으로 평가받고 있다.

ARHAB 비행은 풍선, 회복 낙하산 및 하나 이상의 짐으로 구성된다. 페이로드에는 보통 회복을 위해 착륙지점까지 비행을 추적할 수 있는 아마추어 무선 송신기가 들어 있다. 대부분의 항공편은 위성위치확인시스템(GPS) 수신기에서 위치를 얻어 디지털 무선 전송으로 변환하는 자동 패킷 보고 시스템(APRS) 추적기를 사용한다. 다른 비행은 아날로그 비콘을 사용할 수 있으며 무선 방향 찾기 기법을 사용하여 추적된다. 장시간 비행은 배터리 전원을 거의 사용하지 않고 장거리에서 데이터를 전송하기 위해 RTTY형(Radiootele type), Hellschreiber, Morse code, PSK31과 같은 고주파 맞춤형 송신기와 느린 데이터 프로토콜을 자주 사용해야 한다. ARHAB 비행에서 아마추어 무선 송신기를 사용하려면 아마추어 무선 면허가 필요하지만, 비아마추어 무선 송신기는 면허 없이 사용이 가능하다.

추적 장비 외에 다른 탑재물 구성품에는 센서, 데이터 기록기, 카메라, 아마추어 텔레비전(ATV) 송신기 또는 기타 과학 기기가 포함될 수 있다. 일부 ARHAB 항공편에는 BalloonSat이라는 단순화된 탑재물 패키지를 탑재하고 있다.

일반적인 ARHAB 비행은 표준 라텍스 풍선을 사용하며 약 2~3시간 지속되며 고도 25–35 km(16–22 mi)에 도달한다. 제로 압력 풍선, 초압 풍선, 발진 라텍스 풍선 실험은 비행 시간을 24시간 이상으로 늘렸다. 2008년 3월 녹스빌 풍선 프로그램의 영압 비행은 40시간 이상 지속되었고 발사 지점에서 5400km(3400mi) 이상 떨어진 아일랜드 연안에 착륙했다. 2011년 12월 11일, 호출부호 K6RPT-11이 부착된 캘리포니아 근거리 우주 프로젝트 항공편 번호 CNSP-11은 캘리포니아 산호세에서 지중해의 스플래시다운까지 6,236 mi (10,036 km)를 여행하는 기록적인 비행을 개시했다. 이 비행은 57시간 2분 동안 계속되었다. 그것은 미국 대륙 횡단 최초의 성공적이었고 대서양 횡단 아마추어 무선 고고도 풍선이 되었다.[15][16][17][18] 그 이후로, 많은 항공편들이 초압력 플라스틱 필름 풍선을 이용해 지구를 일주했다. [19][20]

미국에서는 매년 GPSL(Great Plains Super Launch)이 ARHAB의 대규모 모임을 주최한다.

베어 프로그램

BUARE(Balloon Experience with America Radio, BEAR)는 캐나다에 근거지를 둔 고공 풍선 실험으로, 알버타주 셔우드 파크와 에드먼턴의 아마추어 라디오 운영자와 실험자들이 일련의 실험이다. 실험은 2000년에 시작해 2012년에는 BEER-9로 계속돼 36.010km(22.376mi)에 달했다.[21][22] 풍선은 헬륨이나 수소로 채워진 라텍스로 만들어진다. 모든 BEER 탑재물은 GPS 수신기, APRS 인코더 및 무선 송신기 모듈로 구성된 추적 시스템을 운반한다. 다른 실험용 페이로드 모듈에는 아마추어 무선 크로스밴드 중계기와 디지털 카메라가 있는데, 이 모든 것이 풍선 아래에 매달린 절연 폼 박스 안에 들어 있다.

벌룬샛

ARHAB 비행을 시작한 지 얼마 되지 않아 다섯 개의 BalloonSats 이미지.

BalloonSat는 가까운 우주로 가벼운 실험을 운반하기 위해 고안된 간단한 패키지다.[23] 일부 고등학교와 대학 과정에서는 공학 원리에 대한 일반적인 소개가 된다. BalloonSats는 ARHAB 비행에서 보조 탑재물로 운반된다. BalloonSats가 단순한 한 가지 이유는 추적 장비를 포함시킬 필요가 없기 때문이다; 이차 탑재물로서 그들은 이미 추적 캡슐에 의해 운반되고 있다.

스페이스 그랜트는 2000년 8월에 BalloonSat 프로그램을 시작했다. 그것은 우주 연구에 관심이 있는 새로운 이공계 학생들을 몇몇 기초 공학 기술, 팀 작업 기술, 우주와 지구 과학의 기초에 소개하기 위한 실제적인 방법으로 만들어졌다. BalloonSat 프로그램은 볼더에 있는 콜로라도 대학의 Space Grant가 가르치는 과정의 일부다.[24]

종종 BalloonSat의 디자인은 무게와 부피 제약 하에 있다. 이것은 훌륭한 엔지니어링 관행을 장려하고, 도전을 도입하며, ARHAB 비행에 많은 BalloonSats를 포함시킬 수 있다. 기체 재질은 경량화, 기계의 용이성, 적당한 절연성을 제공하기 때문에 보통 스티로폼이나 폼코어다.

대부분은 타이머 회로에 의해 작동되는 센서, 데이터 기록기, 소형 카메라를 가지고 다닌다. 인기 센서로는 공기 온도, 상대 습도, 기울기, 가속 등이 있다. BalloonSats 내부에서 수행된 실험에는 포획된 곤충과 식자재 등이 포함되어 있다.

출시 전에 대부분의 BalloonSats는 테스트를 받아야 한다. 이 테스트는 BalloonSat이 제대로 작동하고 과학 결과를 반환할 수 있도록 설계되었다. 이 테스트에는 냉간 흡수, 낙하 테스트, 기능 테스트, 체중 측정 등이 포함된다. 콜드 소크 테스트는 BalloonSat가 임무 수행 중에 경험할 강렬한 추운 온도를 시뮬레이션한다. 발사 및 착륙은 충격적일 수 있으므로 낙하 테스트는 BalloonSat가 함께 고정되어야 하며 갑작스러운 낙하 후에도 여전히 작동해야 한다. 기능 테스트는 BalloonSat 승무원이 발사장에서 BalloonSat를 준비할 수 있는지 검증한다.

정지궤도 풍선 위성

스트라토부스 비행선
정지궤도 풍선 위성
정지궤도 비행선 위성
고고도 비행선 위성

정지궤도 풍선 위성(GBS)은 지구 표면의 고정된 지점에서 중극층(해발 6만~7만 피트(해발 18~21km))에 떠서 위성과 유사한 대기 역할을 하는 고알트 풍선으로 제안된다. 그 고도에서, 공기 밀도는 해수면의 15분의 1이다. 이러한 수준의 평균 풍속은 표면의 풍속보다 적다.[citation needed] 추진 시스템은 풍선이 그 위치를 유지하도록 할 것이다. GBS는 그 위치로 이동하는 동안 태양 전지판으로 전력을 공급 받을 것이다. 그리고 나서 그것이 위에 있는 셀 타워로부터 레이저 전력을 공급받을 것이다.

GBS는 넓은 지역에 걸쳐 광대역 인터넷 접속을 제공하는 데 사용될 수 있다. 레이저 광대역은 GBS를 네트워크에 연결할 수 있으며, 이는 지구의 곡률과 방해받지 않는 프레스넬 구역에 걸쳐 시야가 넓기 때문에 넓은 커버리지 영역을 제공할 수 있다.[25][26][27]

애리조나 우주 풍선 포트

월드뷰 엔터프라이즈는 애리조나주 피마 카운티에 풍선 우주선(고고도 풍선 포트)을 건설해 운영하고 있다.[28]

참고 항목

참조

  1. ^ "Research on Balloon to Float over 50km Altitude". Institute of Space and Astronautical Science, JAXA. Retrieved 2011-09-29.
  2. ^ a b "DIY balloon sent up 30km". Boing Boing. 26 October 2007. Retrieved 2008-06-08.
  3. ^ a b McDermott, Vincent (8 August 2011). "Space race for DIYers". National Post. Archived from the original on 2013-02-28. Retrieved 2011-12-28.
  4. ^ G. Pfotzer, "과학 실험에서의 풍선 사용의 역사", 우주 과학 리뷰 13:2 pp.200 (1972) 2009년 2월 11일 회복
  5. ^ a b López-Urdiales, José Mariano (October 19, 2002). "The Role of Balloons in the Future Development of Space Tourism" (PDF). Houston, Texas. Retrieved 13 July 2015.
  6. ^ Levy, Steven (June 14, 2013). "How Google Will Use High-Flying Balloons to Deliver Internet to the Hinterlands". Wired.
  7. ^ Betancourt, Mark (July 2015). "See The World From 100,000 Feet". Air & Space. Retrieved 9 July 2015.
  8. ^ 벽, M. (2014) 올해 풍선 시험 비행에 대한 세계관 실험. "Space.com." http://www.space.com/26658-world-view-balloon-research-flights.html에서 검색됨.
  9. ^ GSBC, What is a High Advanced Balloon. 2016년 8월 8일 회수.
  10. ^ MoCRiS, MoCRiS Payload에서 MoCRiS, Moon Imaged. 2019년 6월 25일 지구과학영화(EPOD of the Day.
  11. ^ UKHAS, 고고도 풍선 비행 초보 가이드. 2016년 8월 8일 회수.
  12. ^ "Introduction to High Altitude Balloons". DIY Space Exploration. Archived from the original on 1 September 2013. Retrieved 13 July 2015.
  13. ^ "Amateur Radio Astronomy and weather reporting".
  14. ^ 06. Dezember 1964 - Erster Ballonstart mit Americanfunk-Last in der DDR(독일어)에서 2016년 8월 8일에 액세스.
  15. ^ "Amateur Radio Balloon Flight Crosses Atlantic, Sets Records". American Radio Relay League. 2011-12-15. Retrieved 2011-12-15.
  16. ^ Fernandez, Lisa (2011-12-15). "Two Silicon Valley high-altitude ballooning groups vie for record". San Jose Mercury News. Retrieved 2011-12-15.
  17. ^ Boyle, Rebecca (2011-12-15). "Amateur Radio Balloon Flies From California to Algeria". Popular Science. Retrieved 2011-12-15.
  18. ^ Meadows, Ron (2011-12-12). "CNSP-11, K6RPT-11 Flight information". California Near Space Project. Retrieved 2011-12-15.
  19. ^ "Balloons Carrying Amateur Radio Payloads Still Circling the Earth". www.arrl.org.
  20. ^ "Party Balloon Carrying Ham Radio Payload Circles Southern Hemisphere a Second Time". arrl.org.
  21. ^ Tousley, Nancy (1 March 2012). "Kevin Schmidt: High Hopes". Canadian Art. Archived from the original on 1 May 2015. Retrieved 8 August 2016.
  22. ^ Sloan, Barry. "BEAR Home Page". Retrieved 19 May 2013.
  23. ^ "Exporer Scouts 632 BalloonSat slide show" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-05-17.
  24. ^ Koehler, Chris. "BalloonSat: Missions to the Edge of Space". Utah State University. 16th Annual/USU Conference on Small Satellites. Retrieved 18 November 2015.
  25. ^ Izet-Unsalan, Kunsel; Unsalan, Deniz (2011). "A low cost alternative for satellites- tethered ultra-high altitude balloons". Proceedings of 5th International Conference on Recent Advances in Space Technologies - RAST2011. ieeexplore.ieee.org. pp. 13–16. doi:10.1109/RAST.2011.5966806. ISBN 978-1-4244-9617-4. S2CID 26712889.
  26. ^ Zee, Chong-Hung (1989-04-30). The Use of Balloons for Physics and Astronomy. ISBN 9789027726360. Retrieved 24 March 2014.
  27. ^ "NOAA's Geostationary and Polar-Orbiting Weather Satellites". noaasis.noaa.gov. Archived from the original on 25 August 2018. Retrieved 24 March 2014.
  28. ^ Emily Calandrelli (January 19, 2016). "Arizona Votes To Build Spaceport For Space Ballooning".

외부 링크