Wetter Ballon

Ein Wetterballon ist ein Gasballon, der in der Meteorologie und Raumfahrt verwendet wird . Es ist ein unbemannter Freiballon, der verwendet wird, um lokale Messungen in der Atmosphäre durchzuführen, dank einer Reihe von Instrumenten, die in einer so genannten Radiosonde an Bord gebracht werden , sowie eines Radarreflektors oder eines Funkortungssystems , um ihm zu folgen und somit die Windgeschwindigkeit zu bestimmen . Der Wetterballon wurde 1892 von Gustave Hermite erfunden .

Sein Hauptinteresse besteht darin, Höhen von mindestens 35 km erreichen zu können , wobei der Rekord bei 53 km liegt , was mit konventionelleren Mitteln wie Flugzeugen schwer zu erreichen ist und viel weniger kostet als eine Höhenforschungsrakete oder ein Satellit .

Geschichte

Die Entwicklung von Wissen in der Meteorologie erfordert die Kenntnis der Variablen Wind, Temperatur, Druck und Feuchtigkeit sowohl am Boden als auch in der Höhe. Am Ende des XIX - ten Jahrhunderts , Forschern und Meteorologen haben nur sehr wenige Daten auf der Oberfläche. Gustave Hermite, ein französischer Erfinder, hatte die Idee, einen Ballon loszulassen, an dem er Instrumente befestigen würde. Das Radio ist jedoch noch nicht erfunden, er muss diese Instrumente bergen, indem er nach der Explosion des Ballons den Fallpunkt sucht. das17. September 1892, Hermite veröffentlicht seinen ersten Wetterballon aus mit Petroleum beschichtetem Papier . Es war vier Meter im Durchmesser und trug ein 1,2 kg Quecksilber - Barometer .

Seine Idee verbreitete sich zunächst langsam, doch Forscher wie Léon Teisserenc de Bort und Richard Aßmann entdeckten dank dieses Systems die Tropopause , die Stratosphäre und die anderen Schichten der Atmosphäre. Nach einigen Tests von 1927 , Pierre Idrac und Robert Bureau kombiniert , um die Sensoren mit einem kleinen Lampe Funksender , die die gemessenen Werte auf den Boden in Echtzeit neu übertragen. Der erste Flug eines Wetterballons, der die Temperaturmessung per Funk weitersendet, erfolgt am17. Januar 1929in Trappe . Die Datenwiederherstellung hängt nicht mehr von der zufälligen Bergung des Ballonwracks ab, sondern ist die Geburtsstunde der modernen Radiosonde.

1940 ersetzten Radiosonden die Flugzeugmeteographen für die tägliche Vermessung vollständig. Von dort aus werden Meteorologen aus den gewonnenen Informationen ein konzeptionelles Modell der atmosphärischen Zirkulation entwickeln und in die Wettervorhersage integrieren .

Typen

Es gibt verschiedene Arten von Wetterballons:

Standard Wetterballons sind in der Regel mit aufgeblasen Helium und mit erheblichen Belastungen in großer Höhe. Verwendung des Wasserstoffs in den abgelegenen Stationen, wie in der kanadischen Arktis , weil er einfach und kostengünstig durch Hydrolyse hergestellt werden kann und somit den kostspieligen Transport von Helium vermeidet, seine Handhabung jedoch riskanter ist. Der Ballon wird so aufgeblasen, dass er eine Aufstiegsgeschwindigkeit von ca. 5 m/s erreicht . Es ist geschlossen und besteht aus elastischen Verbindungen ( Latex , Neopren oder Polyethylen ), was bedeutet, dass es in Höhen zwischen 10 und 35 km platzt . Aufgrund des in diesen Höhen herrschenden sehr niedrigen Drucks dehnt sich die Hülle bis zum Bruch aus, wobei ihr Durchmesser um 400% zunehmen kann;
Die offenen Ballons (bzw. bei konstantem Volumen ) bestehen aus einer leichten Hülle. Sie sind nach unten offen und lassen so das aufsteigende Helium austreten, was eine Explosion des Ballons mit dem Abfall des Umgebungsdrucks verhindert und eine Ausführung in weniger widerstandsfähigen Materialien und kostengünstig in der Herstellung ermöglicht. Sie können bis zu 45 km Höhe erreichen und dort bis zu 4 Tage bleiben. Diese Art von Wetterballon repräsentiert die Mehrheit der Ballons, die in einem wissenschaftlichen Umfeld gestartet wurden;
Die mit Helium (oder konstant ) gefüllten Druckballons : Diese bestehen aus einer starren Hülle, die das Platzen verhindert. So können sie wochenlang in der Atmosphäre verweilen - zwischen 10 und 20 km - und ermöglichen Langzeitexperimente, wobei sie unterschiedliche Terrains überfliegen können;
Die Infrarot-Ballons : Die Hülle ist oft aluminisiert und ermöglicht den Eintritt von IR- Strahlen der Sonne , die die Luft im Ballon auch in großer Höhe kontinuierlich erwärmt. Tagsüber steigt der Ballon auf ca. 28 km und nachts auf 20 km ab . Der große Vorteil dieser Ballonart ist ihre sehr lange Lebensdauer; mehrmonatige Flüge wurden bereits durchgeführt und ermöglichen eine mehrfache Weltumrundung;
Die Fesselballons : Ballons, die mit der Erde verbunden sind und Instrumente tragen, um die Werte eines oder mehrerer meteorologischer Elemente in der Höhe zu bestimmen. Es wird insbesondere für mikro- und mesometeorologische Studien verwendet ;
Die Drachenballons : spezielle Form von Fesselballons, die verwendet werden, um meteorologische Instrumente auf einer ungefähr konstanten Höhe in der Atmosphäre zu halten;
Die tetraeder Ballons : konstantes Volumen Ballonform tetraedrischen besser angepasst Flugzeuge in großer Höhe zu halten , da ihre Nähte stärker als die der runden Ballons sind. Sie werden verwendet, um den Bewegungen von Luftmassen auf konstantem Niveau zu folgen;
Die Luftschiffe : Ballon-Luftschiffe, die mit Instrumenten zur Messung meteorologischer Elemente in der Höhe ausgestattet sind;
Die Ballons Rakete : High Höhenmesssystem unter Verwendung einer Rakete von einem großen Ball getragen und Brennen in der Nähe der maximalen Höhe, die den Ball zu erreichen.

Verschiedene Komponenten

Ein Wetterballon besteht aus einer Flugkette , bestehend aus:

Der Ball selbst, der den Rest der Kette zieht;
In den meisten Fällen ein Fallschirm , um einen sanften Abstieg zu ermöglichen ;
Ein Transponder , mit dem Fluglotsen seine Position erkennen können - oder ein Radarreflektor für die einfachsten Ballons;
Eine oder mehrere Gondeln , die oft in verschiedenen Flugphasen abgenommen werden können, ggf. jeweils mit Fallschirm und/oder eigenem Transponder . Es ist der Korb (der Weidenkorb wird weniger verwendet als die einfache Schachtel), der die Experimente enthält.

Verwendet

Es gibt drei Kategorien der Verwendung von Wetterballons:

konventionelle wissenschaftliche und meteorologische Ballons;
Ballons für Schulen, wie das Programm Planète-Sciences in Frankreich;
Amateur - Ballons mit Amateurfunkverbänden , wie Ballons Haute Altitude Frankreich (BHAF) , die Französisch Amateur - Projekte nicht-Werbung hilft.

Typische Verwendung

Die meisten experimentellen Ballons haben das Ziel, die Atmosphäre (zum Beispiel: die Ozonschicht) zu untersuchen und werden von Fachleuten wie CNES oder Universitäten implementiert .

Darüber hinaus gibt es Wetterballons , dessen Zweck es ist , die zur Aufzeichnung Temperatur , Feuchtigkeit , Geschwindigkeit und Kraft des Windes welcher Hilfe bei der Erstellung von Wettervorhersagen : Diese werden als Radiosonden . Diese Ballons werden gemäß einer Konvention der Weltorganisation für Meteorologie zweimal täglich um 0 Uhr UT und 12 Uhr GMT freigegeben . Alle Länder der Welt nehmen an diesen Veröffentlichungen teil und die Verteilung der Sites ist Gegenstand von Vereinbarungen. In Frankreich gibt es beispielsweise sieben Radiosondenstationen.

Amateurgebrauch

Wetterballons werden seit langem von Funkamateuren gestartet. In den 1970er Jahren gab es beispielsweise in Frankreich "ANJOU-Sonden", die ein Breitband-Amateurfunkrelais in die Atmosphäre trugen, um Langstreckenfunkverbindungen zu ermöglichen. Da der vom Ballon aus gesehene Horizont durch die Beziehung gegeben ist, wobei h die Höhe des Ballons ist, hat ein Ballon in einer Höhe von 35.000 Metern seinen Horizont bei 767 km und die Funkverbindung in direkter Sicht ist möglich, während die Dämpfung des Signals vom Sender des Ballons emittierte ist sehr gering. Dies erklärt, warum das am Boden empfangene Signal für einen Sender mit sehr geringer Leistung von 100 bis 500 Milliwatt ausgezeichnet ist. Daher das Interesse von Funkamateuren an Funk- und Wetterexperimenten. ${\ displaystyle \ scriptstyle d = 4,1 {\ sqrt {h}}}$

Da ein Ballon mehrere Kapseln tragen kann, kann sogar ein ATV- Direktfernsehkamerasystem in Vollfarbe in einem transportiert werden. Zum Beispiel kann ein Amateurfunk-Pod, gefolgt von einem Schul-Pod und einem Fernseh-Pod, die Ladung eines Ballons bilden. Die Schoten können getrennt oder zu einem kompakten Block mit einer Seitenlänge von ca. 30 cm zusammengefügt werden . Die Gesamtmasse von Ball, Korb und Zubehör darf 4 kg nicht überschreiten . Amateurballons werden von Amateurfunkverbänden freigegeben, wenn sich Sender an Bord befinden. Ballons dürfen nicht von isolierten, nicht angemeldeten und unbefugten Personen ins All geschossen werden. Schüler, Lehrer, Amateure und Funkamateure können an demselben Projekt beteiligt sein und als Team arbeiten, um ein Projekt abzuschließen und es der Zivilluftfahrt zu melden.

Andere Amateurfunkvereine haben nicht unbedingt ein Projekt mit Schulen, aber in allen Phasen ihrer Bemühungen ist ein großes Publikum anwesend, einschließlich junger Leute (zB BOUFIGO Ballons in der Region Marseille ). Sie arbeiten oft mit anderen Organisationen wie der zivilen Sicherheit zusammen . Die Hauptkapsel ist mit einem VHF- oder UHF-Sender ausgestattet. In Frankreich beträgt die reservierte Frequenz 144,650 MHz nach internationalen IARU- Konventionen . Frequenzen um 434,650 MHz sind weltweit verbreitet. Die Übertragungen während der Aufwärtsflugbahn können für Aktionen an Borderlebnissen mit Leistungskomponenten wie Relais, Servomotoren oder anderen interaktiven Systemen verwendet werden. Funkamateure können mit Helium- oder Solarballons experimentieren und innovieren, indem sie die Höhe des Ballons durch ein Ventil steuern. Sie können auch den Drop oder Burst der Hüllkurve gleichzeitig und für eine sehr genaue Höhe ausführen. Schließlich ist es möglich, die Flugbahn eines Ballons aus der Ferne mit Hilfe des Upstream-UHF- oder VHF-Kanals zu ändern, der codierte Daten an den Ballon überträgt. Benutzer können die Bewegung des Ballons auf einer Basiskarte mit entsprechender Software verfolgen, denn ein GPS- Modul , das mit einem Sender und einer APRS- Schnittstelle verbunden ist, ermöglicht eine genaue Echtzeit-Lokalisierung der Gondel während fast des gesamten Fluges seit 1996 in Frankreich. Die Rückgewinnungsrate kann dann dank Trajektorienvorhersagen mit immer zuverlässigeren Windvorhersagen im Internet 100 % erreichen. Der Fallpunkt kann dank dieser Vorhersagen und der GPS-Daten während des Fluges manchmal mit einer Genauigkeit von 250 bis 500 Metern ermittelt werden. Die Bergungsteams des Amateurfunks sind oft vor der Ankunft des Ballons an der Absturzstelle, um die Bergung der Ausrüstung aus der Gondel sicherzustellen. Funkamateure der zivilen Sicherheit nehmen häufig an Forschungstrainings in der Natur teil. Siehe FNRASEC.

Wetterballons sind großartige Vektoren für Experimente. Aus diesem Grund ermöglicht CNES beispielsweise in Frankreich in Partnerschaft mit dem Verein Planète Sciences jungen Menschen, im Rahmen des Programms „Ein Ball für die Schule“ ihre eigenen Erfahrungen zu sammeln. Diese werden dann an einem Korb unter einem Latexballon aufgehängt, der 25 bis 30 km Höhe erreichen kann. Diese bereits in vielen Schulen durchgeführten Experimente (~ 150 pro Jahr) ermöglichen es den Schülern, die Atmosphäre und Umweltverschmutzung zu untersuchen, Fotos oder Filme in verschiedenen Höhen zu machen. Diese Projekte müssen zu Beginn des Schuljahres beginnen und die Freigabe erfolgt von März bis Mai. Statistisch und dank des Aufklebers auf der Gondel werden 2 von 3 Ballons geborgen.Die Bodenuntersuchungen werden nach konventioneller Regie durchgeführt - die Feststellung erfolgt durch Funkamateure, die die Bergung auf Wunsch der Schulen organisieren. Auch hier kann die Wiederfindungsrate der Schoten 100 % erreichen.

Seit dem Aufkommen von Action- Kameras haben Amateure oder spezialisierte Unternehmen den Einsatz von Wetterballons umgeleitet, um die Stratosphäre zu erreichen und spektakuläre Bilder von Objekten, Marken oder Logos zu produzieren.

Hinweise und Referenzen

Französisches Recht: Dekret vom 20. Februar 1995 in Bezug auf die Terminologie der Weltraumwissenschaft und -technologie.

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" Unternehmen, das die Einführung von Marken in der Stratosphäre anbietet " , auf publicom.space (Zugriff am 30. Juni 2020 )

Siehe auch

Externe Links

[1] http://www.radioamateurs-france.fr/
[2] https://ballonssondes.wordpress.com/
[3] https://ukhas.org.uk/ UKHAS für unsere englischen Nachbarn.
[4] http://www.swiss-strato.com/ Verein Swiss Strato
(de) " SQ6KXY Radiosonde Tracker Database " , Aggregator zum Verfolgen von Wetterballons durch Amateure.