Al decenia, NASA heeft enorme wetenschappelijke ballonnen in de atmosfeer van de aarde losgelaten, mijlen boven de hoogte van commerciële vluchten. Het Ballonprogramma bereidt momenteel nieuwe missies voor met gevoelige instrumenten, waaronder een ontworpen om de geboorte van ons universum te onderzoeken en een andere met ballonvaren die op het internationale ruimtestation zal vliegen.

NASA's Primordial Inflation Polarization Explorer (PIPER), die de komende jaren een reeks testvluchten zal lanceren, zou de theorie kunnen bevestigen dat ons ontluikende heelal onmiddellijk na de oerknal met een biljoen biljoen (1024) keer is uitgebreid. Deze snelle inflatie zou het weefsel van de ruimte-tijd hebben doen wankelen, het genereren van rimpelingen die zwaartekrachtgolven worden genoemd. Deze golven, beurtelings, detecteerbare vervormingen in de kosmische microgolfachtergrond (CMB) had moeten veroorzaken, het vroegste licht in het heelal is tegenwoordig verlengd tot microgolven door kosmische uitzetting. De patronen verschijnen in metingen van hoe het CMB-licht is georganiseerd, een eigenschap genaamd polarisatie. Het ontdekken van draaien, pinwheel-achtige polarisatiepatronen in de CMB zullen bewijzen dat inflatie heeft plaatsgevonden en astrofysici terugvoeren naar de rand van de oerknal.

Terwijl de theorieën van Albert Einstein de zwaartekracht in de huidige verwijde kosmos nauwkeurig beschrijven, deze grootschalige natuurwetten waren niet van toepassing toen ons universum nog zo groot was als een waterstofatoom. Om deze ongelijkheid te verzoenen, PIPER brengt de hele lucht in kaart op vier verschillende frequenties, onderscheid te maken tussen draaiende patronen in de CMB (die oerzwaartekrachtsgolven aangeven) en verschillende polarisatiesignalen als gevolg van interstellair stof. Om de gevoeligheid te behouden, de telescoop zal vliegen ondergedompeld in een emmer vloeibaar helium ter grootte van een bubbelbad, maar veel koeler - bijna 457 graden onder nul Fahrenheit (min 272 graden Celsius) en dicht bij het absolute nulpunt, de koudst mogelijke temperatuur.

De PIPER-missie is ontworpen, gebouwd en getest in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland, in samenwerking met de Johns Hopkins University in Baltimore, de Universiteit van Brits-Columbia, Canada, het National Institute of Standards and Technology in Boulder, Colorado, en Cardiff University in Wales.

"We hopen inzicht te krijgen in ons vroege universum terwijl het in minder dan een seconde uitbreidde van subatomaire omvang tot groter dan een planeet, " zei Al Kogut van Goddard, hoofdonderzoeker van PIPER. "Inzicht in inflatie vergroot ook onze kennis van de fysica van hoge-energiedeeltjes, waar de natuurkrachten niet van elkaar te onderscheiden zijn."

Terwijl PIPER zich voorbereidt om ongeveer 20 mijl boven de aarde te observeren, de nieuwste versie van het experiment Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM) staat gepland om in augustus naar het ruimtestation te worden gelanceerd. Hoewel CREAM tijdens zijn zes eerdere missies met een ballon werd vervoerd, de huidige lading zal de technologie langs de atmosfeer van de aarde en de ruimte in brengen. CREAM zal snel bewegende materie van buiten het zonnestelsel direct bemonsteren, kosmische straling genoemd, vanaf het nieuwe uitkijkpunt op de Japanse Experiment Module - Exposed Facility.

Kosmische stralen zijn hoogenergetische deeltjes die met bijna de lichtsnelheid reizen en die de aarde constant overspoelen. Maar hoe ze precies ontstaan ​​en door de ruimte versnellen, vereist meer studie, evenals hun abrupte afname bij energieën hoger dan 1, 000 biljoen elektronvolt. Deze deeltjes zijn opgevoerd tot meer dan 100 keer de energie die haalbaar is door 's werelds krachtigste deeltjesversneller, de Large Hadron Collider bij CERN.

CREAM - ongeveer zo groot als een koelkast - zal gerenoveerde versies bevatten van de siliciumladingsdetectoren en ionisatiecalorimeter van de vorige ballonmissies boven Antarctica. De orbitale editie van CREAM zal twee nieuwe instrumenten bevatten:de top/bottom counting detectors, bijgedragen door Kyungpook National University in Daegu, Zuid-Korea, en een geboreerde scintillatordetector om elektronen van protonen te onderscheiden, gebouwd door een team van Goddard, Pennsylvania State University in University Park en Northern Kentucky University in Highland Heights.

De internationale samenwerking, onder leiding van natuurkundige Eun-Suk Seo aan de Universiteit van Maryland, Collegepark, omvat teams van tal van instellingen in de Verenigde Staten en samenwerkende instellingen in de Republiek Korea, Mexico en Frankrijk. Het algehele beheer en de integratie van het experiment werd geleid door NASA's Wallops Flight Facility aan de oostkust van Virginia onder leiding van Linda Thompson, de CREAM-projectmanager.

Volgens mede-onderzoeker Jason Link, een universiteit van Maryland, Baltimore County onderzoeker werkzaam bij Goddard, De evolutie van CREAM demonstreert de kracht van NASA's Balloon Program als ontwikkelingstestbed voor ruimte-instrumentatie.

"Een ballonmissie kan in ongeveer vijf jaar van een idee in het hoofd van een wetenschapper veranderen in een vliegende lading. ' zei Link. 'In feite, veel wetenschappers die experimenten ontwerpen voor ruimtemissies beginnen met ballonvaren. Het is een krachtig oefenterrein voor onderzoekers en ingenieurs."

Zoals bij elke complexe missie geldt, dingen gaan niet altijd zoals gepland. Dat was het geval voor het Balloon Experimental Twin Telescope for Infrared Interferometer (BETTII) -experiment, bedoeld om koude objecten te onderzoeken die licht uitzenden in het ver-infrarode gebied van het elektromagnetische spectrum.

BETTII werd op 8 juni gelanceerd vanuit NASA's Columbia Scientific Balloon Facility in Palestina, Texas. Hoewel bijna alle missiecomponenten naar behoren functioneerden, de lading kwam los van zijn parachute en viel 130, 000 voet in 12 minuten toen de vlucht de volgende dag eindigde.

BETTII-hoofdonderzoeker Stephen Rinehart van Goddard schat dat het enkele jaren zal duren om financiering rond te krijgen en de missie opnieuw op te bouwen.

Ontworpen, geassembleerd en getest bij Goddard in samenwerking met de Universiteit van Maryland, Johns Hopkins-universiteit, Universiteit van Cardiff, University College London en het Far-Infrared Interferometric Telescope Experiment-team in Japan, BETTII is ontworpen om lagere infraroodfrequenties te onderzoeken met een ongekende resolutie. Terwijl optische telescopen zoals Hubble geen sterren kunnen zien die zijn gehuld in dikke stofwolken, ver-infraroodwaarnemingen doorboren de sluier, onthullen hoe deze objecten zich vormen en evolueren.

"BETTII is een van de meer complexe ballonexperimenten die ooit zijn gevlogen, " zei Rinehart. "Als onderzoeksgemeenschap, we begrijpen dat dit risico noodzakelijk is voor de wetenschappelijke en technische vooruitgang die we boeken met ballonnen."

Ten slotte, net zoals risico en mislukking hand in hand gaan, dus risico en beloning.