Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe een ballonexperiment het werk van de Hubble-ruimtetelescoop kan doen

SuperBIT wacht op lancering terwijl zijn gigantische heliumballon wordt opgeblazen. Credit:Bill Rodman/NASA

Een astronomische telescoop, ontworpen als aanvulling op de verouderde Hubble-ruimtetelescoop, werd op 16 april 2023 gelanceerd vanaf het zuidereiland van Nieuw-Zeeland. Maar toen een bol ter grootte van een voetbalstadion stilletjes en langzaam boven het Tauhinukorokio-gebergte rees, begonnen er telefoontjes van bewoners te komen. /P>

Lokale politie en radiostations waren echter door de NASA geïnformeerd dat de gigantische heliumballon de twee ton wegende SuperBIT-telescoop in de komende drie uur naar 40 km boven zeeniveau zou tillen. De missie waarbij wij betrokken waren, was om te testen of een telescoop in een ballon diepe ruimtebeelden kon vastleggen met een resolutie die hoog genoeg was om de onbekende substantie, genaamd donkere materie, te bestuderen, dat wil zeggen 85% van al het materiaal in het universum.

P>

De observaties en daaropvolgende data-analyse hebben bewezen dat experimenten met ballonnen net zo nuttig kunnen zijn als experimenten die met raketten worden gelanceerd, maar veel goedkoper zijn. Het is nu aan wetenschappers, overheidsinstanties en particuliere bedrijven om er het beste van te maken.

De volgende maand voerden polaire stratosferische winden SuperBIT elke acht dagen de hele wereld rond, voornamelijk over de Antarctische oceaan, maar over het puntje van Zuid-Amerika. Hij ging waar de wind hem bracht, maar kon alle kanten op kijken.

Elke dag laadden zonnepanelen de batterijen op. 's Nachts fotografeerde het de hemel, inclusief de Tarantula-nevel, een lichtbron op 160.000 lichtjaar afstand, en clusters van sterrenstelsels 20.000 keer verder.

Zonder statief gebruikte SuperBIT gyroscopen om elke beweging te stabiliseren (we ontdekten dat de stratosfeer opmerkelijk kalm is … behalve in de turbulentie boven de Andes, waar SuperBIT ooit 300 meter daalde). Het was de eerste ballontelescoop die Hubble-achtige prestaties leverde voor de korte golflengten van licht die zichtbaar zijn voor het menselijk oog.

Vliegroute van SuperBIT. Krediet:NASA

De ballon en de telescoop bleven perfect werken, maar de satellietcommunicatieverbindingen vielen geleidelijk uit. We denken dat straling de antennes van SuperBIT heeft beschadigd. We konden nog steeds gegevens downloaden door harde schijven, die aan de telescoop waren bevestigd, op de grond te laten vallen. Maar uiteindelijk wilde NASA hun ballon terug, dus brachten we de telescoop per parachute naar Argentinië.

Dit was de vijfde vlucht van SuperBIT, voortbouwend op tien jaar ervaring.

Ballonvoordelen

In tegenstelling tot orbitale missies kunnen ballonladingen die de eerste keer niet werken, worden gerepareerd en opnieuw gelanceerd. Dit bevordert een eenvoudig, creatief ontwerp. Componenten waarvan is bewezen dat ze in de ruimte werken, zijn onder meer haargel (om dingen vast te houden), zakken voor het braden van kippen (om ze warm te houden) en delen van bogen die door Olympische boogschutters worden gebruikt (om ze los te laten).

Mislukking en succes zijn beide mogelijkheden om te leren. Na elke vlucht doen we iets, of verbeteren we de technologie. Omdat camera's bijvoorbeeld snel beter en goedkoper zijn geworden, hebben we SuperBIT elk jaar van een nieuwe sensor voorzien. Dit alles verlaagt de kosten.

Het grootste deel van de kosten van traditionele ruimtevluchten bestaat uit het beperken van het risico op mislukking. Er zijn altijd compromissen nodig tussen veiligheid, het beschermen van dure apparatuur en het verkrijgen van gegevens.

SuperBIT vastgehouden door een kraan voor eindcontroles. Credit:Richard Massey, CC BY-SA

Als een ballonmissie mislukt, maakt dat meestal minder uit, omdat we de uitrusting terugkrijgen. SuperBIT is voornamelijk gebouwd door de Canadese Ph.D. studenten, die al een nieuw technologiebedrijf hebben opgericht.

Risicobeheer is voor ballonnen anders, en NASA weet niet altijd de juiste balans te vinden. Het wachten op 'perfect' weer en de perfect ontworpen ballon zorgden ervoor dat alle lanceringen vanuit Texas in 2017 aan de grond bleven. Fysiek onmogelijke risicoberekeningen, zoals een ballon die drie keer barstte, brachten het programma voor 2023 bijna onder druk.

Een ballon kan maar één keer barsten. Maar de Franse en Canadese ruimtevaartorganisaties, het Amerikaanse National Center for Atmospheric Research en de Britse Science Research Council hebben allemaal bewezen dat een ballon om de paar dagen opnieuw kan worden gelanceerd. Risicobeoordeling kan realistischer zijn. Ballonteams kunnen het proces voortdurend testen, ermee spelen en verbeteren. Voor raketlanceringen is er slechts één kans.

Toenemende internationale belangstelling

Geografie is belangrijk bij het ontwikkelen van een succesvol nationaal ballonprogramma. Landen met een uitgestrekte landmassa kunnen korte vluchten binnen hun eigen luchtruim uitvoeren, zoals Canada en de VS. Noord-Europese landen kunnen stabiele en betrouwbare zomerwinden gebruiken om vluchten over de Atlantische Oceaan uit te breiden, bijvoorbeeld van Schotland naar Canada.

Landen kunnen ook lanceren vanaf het grondgebied van partnerlanden over de hele wereld, zoals Groot-Brittannië dat vanuit Australië lanceert.

SuperBIT gehuld in vroege ochtendmist vóór de lancering. Credit:Steven Benton, CC BY-SA

Geopolitiek heeft ook invloed op de keuze van de vliegroute:een les die goed is geleerd uit de schurkenstaten van de Chinese ballon die in 2023 over de VS vloog en uiteindelijk werd neergeschoten. Voor het doorkruisen van het luchtruim van welk land dan ook is toestemming vereist, en we vermijden oorlogsgebieden of conflictgebieden waar de ballon kan worden aangezien voor een vijandig doelwit. Dit is een van de redenen waarom we vanuit Nieuw-Zeeland zijn gelanceerd.

De belangstelling van de overheid voor nationale ballonprogramma's neemt toe, omdat nieuwe materiaalwetenschap en productietechnieken ballonnen hebben gecreëerd die helium vasthouden, waardoor vluchten van dagen naar maanden worden verlengd. De VS hebben hun interesse in een overheidsdocument uit 2023 opnieuw bevestigd en Canada, Frankrijk en Zweden hebben al lang bestaande ballonprogramma's.

Groot-Brittannië voerde tot de jaren negentig een toonaangevend ballonprogramma. Door het achterwege te laten, ging een kans verloren om wetenschappers en ingenieurs op te leiden in leiderschapsrollen. Britse teams worden nog steeds vaak uitgenodigd om deel te nemen aan Franse of Amerikaanse satellietmissies, maar wij leiden niet langer en beslissen niet langer wat er gebouwd wordt. We voorzien weinig technische, geografische of politieke belemmeringen voor Groot-Brittannië om een ​​ballonprogramma opnieuw op te starten, parallel aan de opkomende raketlanceringen.

Ballonnen zijn hoog genoeg

Officieel begint de ruimte 100 km boven zeeniveau. Maar er is geen magische lijn en er is heel weinig sfeer boven de 40 km. Daar stoppen de sterren met fonkelen en is de lucht zwart. Astronomische foto's met een lange belichtingstijd worden haarscherp en onthullen vage, verre objecten die voor astronomen op de grond onscherp zijn.

Balloncamera's of spectrografen kunnen ook naar beneden kijken en zijn hoog genoeg om aardobservaties vast te leggen, net als die van satellieten. Ze kunnen ook atmosferische metingen om hen heen doen, inclusief van de ozonlaag in de stratosfeer.

Ballonnen zullen niet alle raketten vervangen, omdat ze niet hoger dan 40 km kunnen reizen. En hoewel helium een ​​eindige hulpbron is, zijn ballonnen ‘milieuvriendelijker’. Ze hebben tijdens de lancering geen raketbrandstoffen nodig, dragen niet bij aan de toename van ruimteschroot in een baan om de aarde – en aan het einde van hun werkzame leven worden ze niet verbrand in de atmosfeer. Wat is er niet leuk aan?

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Internationale samenwerking werkt om schimmelresistent katoen te kweken
  2. Inspanningen van de marine om walvissen te beschermen hebben beperkt effect
  3. Waar voedsel beperkt is, guppy-moeders dragen hun jongen langer
  4. Uit onderzoek blijkt dat mariene ecosystemen aan de kust die over het hoofd worden gezien meer koolstofdioxide kunnen opvangen dan eerder werd gedacht
  5. Wat is een bijtmiddel in de microbiologie?
  6. Middeleeuwse kist levert fascinerend skelet op
  7. Wetenschappers beperken, bestuderen Chinook in het herstelde leefgebied van de Snoqualmie-rivier
  8. Wat zijn chromatine en chromosomen?
  9. Nieuwe ondersoort van Begonia gemeld uit Filipijnen

Wetenschap