Balão meteorológico

Um balão meteorológico é um balão de gás usado nas áreas de meteorologia e astronáutica . É um balão livre não tripulado, usado para fazer medições locais na atmosfera graças a uma série de instrumentos colocados a bordo de um pod chamado radiossonda , bem como um refletor de radar ou um sistema de radiolocalização para acompanhá-lo e assim determinar a velocidade do vento . O balão meteorológico foi inventado por Gustave Hermite em 1892.

O seu principal interesse é poder atingir altitudes de pelo menos 35 km , sendo o recorde de 53 km , difícil de obter com meios mais convencionais como os aviões , e a um custo muito inferior ao de um foguete de sondagem ou de um satélite .

História

O desenvolvimento do conhecimento em meteorologia exige o conhecimento das variáveis vento, temperatura, pressão e umidade tanto no solo quanto na altitude. No final do XIX ° século , pesquisadores e meteorologistas têm apenas dados muito esparsas na superfície. Gustave Hermite, inventor francês, teve a ideia de lançar um balão ao qual anexaria instrumentos. Porém, o rádio ainda não foi inventado, ele deve recuperar esses instrumentos procurando o ponto de queda após a explosão do balão. a17 de setembro de 1892, Hermite lança seu primeiro balão meteorológico feito de papel revestido de petróleo . Tinha quatro metros de diâmetro e carregava um barômetro de mercúrio de 1,2 kg .

Sua ideia se espalhou aos poucos no início, mas pesquisadores como Léon Teisserenc de Bort e Richard Aßmann , graças a esse sistema, descobriram a tropopausa , a estratosfera e as demais camadas da atmosfera. Depois de alguns testes em 1927 , Pierre Idrac e Robert Bureau combinaram os sensores com uma pequena lâmpada transmissora de rádio que retransmitiu os valores medidos para o solo em tempo real. O primeiro voo de um balão meteorológico retransmitindo a medição da temperatura por rádio é realizado em17 de janeiro de 1929em Trappes . A recuperação de dados não depende mais da recuperação aleatória dos destroços do balão, é o nascimento da radiossonda moderna.

Em 1940, as radiossondas substituíram completamente os meteoros de aeronaves para pesquisas diárias. A partir daí, os meteorologistas usarão as informações coletadas para desenvolver um modelo conceitual de circulação atmosférica e integrá-lo à previsão do tempo .

Tipos

Existem vários tipos de balões meteorológicos:

Os balões meteorológicos padrão são geralmente inflados com hélio e carregam cargas significativas em grandes altitudes. Usar o hidrogênio em estações remotas, como no Ártico canadense , porque é fácil e barato produzir por hidrólise , evitando assim o custoso transporte do hélio, mas seu manuseio é mais arriscado. O balão é inflado para ter uma velocidade de subida de cerca de 5 m / s . É fechado e feito de compostos elásticos ( látex , neoprene ou polietileno ) o que implica que se rompe em altitudes geralmente entre 10 e 35 km . Devido à baixíssima pressão que reina nessas altitudes, o envelope se distende até romper, podendo seu diâmetro aumentar em 400%;
Os balões abertos (ou em volume constante ) consistindo em um envelope leve. Eles são abertos na parte inferior e, portanto, permitem que o hélio saia à medida que sobe, o que evita que o balão exploda com a queda da pressão circundante e permite que sejam projetados em materiais menos resistentes e de produção barata. Podem atingir até 45 km de altitude e permanecer lá por até 4 dias. Este tipo de balão meteorológico representa a maioria dos balões lançados em um ambiente científico;
Os balões pressurizados cheios de hélio (ou constante ): São constituídos por um invólucro rígido que evita o rompimento. Podem assim ficar semanas na atmosfera - entre 10 e 20 km - e permitir a realização de experiências a longo prazo, podendo voar sobre diferentes terrenos;
Os balões infravermelhos : o envelope costuma ser aluminizado e permite a entrada dos raios IR do Sol , que aquecem o ar no balão continuamente mesmo em grandes altitudes. Durante o dia, o balão sobe para cerca de 28 km e desce à noite para 20 km . A grande vantagem desse tipo de balão é sua longa vida útil; já foram realizados voos com duração de vários meses que permitem várias vezes circunavegar o mundo;
Os balões cativos : balões presos à terra carregando instrumentos para determinar os valores de um ou mais elementos meteorológicos no alto. É particularmente usado para estudos micro e mesometeorológicos ;
Os balões pipa : forma especial de balões amarrados usados para manter os instrumentos meteorológicos a uma altura aproximadamente constante na atmosfera;
Os balões tetraédricos : forma de balão de volume constante tetraédrico melhor adaptado para manter aeronaves de alta altitude porque suas costuras são mais fortes do que os balões redondos. Eles são usados para acompanhar os movimentos das massas de ar em nível constante;
Os dirigíveis : balões dirigíveis equipados com instrumentos de medição de elementos meteorológicos no alto;
O foguete de balões : Sistema de medição de alta altitude utilizando um foguete de sondagem transportado por uma grande bola e disparando perto da altitude máxima que pode atingir a bola.

Vários componentes

Um balão meteorológico é composto por uma cadeia de voo , composta por:

A própria bola, puxando o resto da corrente;
Um pára-quedas na maioria dos casos, para permitir uma descida suave ;
Um transponder que permite aos controladores de tráfego aéreo saber sua posição - ou um refletor de radar para os balões mais simples;
Uma ou mais nacelas , que muitas vezes podem ser destacadas em diferentes fases do voo, se necessário, cada uma com seu paraquedas e / ou seu próprio transponder . É a cesta (a cesta de vime é menos usada do que a caixa simples) que contém os experimentos.

Usos

Existem três categorias de uso de balões meteorológicos:

balões científicos e meteorológicos convencionais;
balões para escolas, como o programa Planète-Sciences na França;
balões amadores com associações de rádios amadores , como Ballons Haute Altitude France (BHAF), que ajuda projetos amadores franceses não publicitários.

Uso típico

A maioria dos balões experimentais tem como objetivo estudar a atmosfera (por exemplo: a camada de ozônio) e são implementados por profissionais como CNES ou universidades .

Existem também balões meteorológicos , cujo objetivo é registrar a temperatura , a umidade , a velocidade e a força dos ventos que auxiliam na elaboração das previsões do tempo : são os chamados radiossondas . Lançamentos de estes balões são feitos duas vezes por dia em 0 h UT e 12 pm GMT, de acordo com uma convenção da Organização Meteorológica Mundial . Todos os países do mundo participam desses lançamentos e a distribuição dos sites é objeto de acordos. Na França, por exemplo, existem sete estações de radiossonda.

Uso amador

Os balões meteorológicos são lançados há muito tempo por rádios amadores. Na década de 1970, por exemplo, na França havia "sondas ANJOU" que transportavam um retransmissor de rádio amador de banda larga para a atmosfera para permitir links de rádio de longa distância. Como o horizonte visto do balão é dado pela relação onde h é a altitude do balão, um balão na altitude de 35.000 metros tem seu horizonte a 767 km e o enlace de rádio em visão direta é possível enquanto a atenuação do sinal emitido pelo transmissor do balão é muito baixo. Isso explica por que o sinal recebido no solo por um transmissor de potência muito baixa de 100 a 500 miliwatts é excelente. Daí o interesse pelo rádio e pela experimentação meteorológica por rádios amadores. ${\ displaystyle \ scriptstyle d = 4,1 {\ sqrt {h}}}$

Como um balão pode carregar vários pods, um sistema de câmera de televisão direta ATV em cores pode até mesmo ser carregado em um. Por exemplo, um pod de rádio amador, seguido por um pod escolar e um pod de televisão pode constituir a carga de um balão. Os frutos podem ser separados ou unidos para formar um bloco compacto com um lado de cerca de 30 cm . A massa total do conjunto da bola, cesta e acessórios não deve exceder 4 kg . Balões amadores são lançados por associações de rádios amadores quando há transmissores a bordo. Não pode haver balões lançados por pessoas isoladas, não declaradas e não autorizadas para emitir para o espaço. Alunos, professores, amadores e rádios amadores podem estar envolvidos no mesmo projeto e trabalhar em equipe para concluir um projeto e reportá-lo à aviação civil.

Outras associações de radioamadores não têm necessariamente um projeto com escolas, mas um grande público está presente em todas as fases do seu trabalho, incluindo os jovens (por exemplo, os balões BOUFIGO na região de Marselha ). Freqüentemente, trabalham em conjunto com outras organizações, como a segurança civil . O pod principal está equipado com um transmissor VHF ou UHF. Na França, a frequência reservada é 144,650 MHz pelas convenções internacionais da IARU . Freqüências em torno de 434,650 MHz são amplamente utilizadas em todo o mundo. As transmissões durante a trajetória de vôo ascendente podem ser usadas para ações em experiências a bordo com componentes de energia, como relés, servomotores ou outros sistemas interativos. Os rádios amadores podem experimentar e inovar com balões de hélio ou solares controlando a altitude do balão por meio de uma válvula. Eles também podem executar a queda ou explosão do envelope de uma vez e para uma altitude muito precisa. Finalmente, é possível modificar a trajetória de um balão remotamente por meio do canal UHF ou VHF upstream que transmite dados codificados ao balão. Os usuários podem seguir o movimento do balão em um mapa básico usando um software apropriado porque um módulo GPS associado a um transmissor e uma interface APRS permite a localização precisa em tempo real da gôndola durante quase todo o vôo desde 1996 na França. A taxa de recuperação pode então chegar a 100% graças às previsões de trajetória usando previsões de vento cada vez mais confiáveis disponíveis na Internet. O ponto de queda às vezes pode ser obtido com uma precisão da ordem de 250 a 500 metros graças a essas previsões e aos dados de GPS durante o vôo. As equipes de resgate de rádios amadores costumam estar no local da queda antes da chegada do balão para garantir a recuperação do equipamento da nacele. Os rádios amadores de segurança civil freqüentemente participam para praticar o treinamento de pesquisa na natureza. Veja FNRASEC.

Balões meteorológicos são ótimos vetores para experimentos. É por isso que, por exemplo na França , o CNES , em parceria com a associação Planète Sciences, permite que os jovens criem sua (s) própria (s) experiência (ões) no âmbito do programa “Uma bola para a escola”. ”. Estes serão então pendurados em uma cesta sob um balão de látex que pode atingir 25 a 30 km de altitude. Esses experimentos já realizados em muitas escolas (~ 150 por ano) permitem aos alunos estudar a atmosfera, a poluição, tirar fotos ou filmar em várias altitudes. Esses projetos devem começar no início do ano letivo e o lançamento é feito de março a maio. Estatisticamente e graças ao autocolante colocado na nacela, recuperam-se 2 balões em 3. A investigação do terreno é efectuada por direcção convencional - levantamento efectuado por rádios amadores que organizam a recuperação a pedido das escolas. A taxa de recuperação dos frutos também pode chegar a 100% neste caso.

Desde o advento das câmeras de ação , amadores ou empresas especializadas têm desviado o uso de balões meteorológicos para atingir a estratosfera e produzir imagens espetaculares de objetos, marcas ou logotipos.

Notas e referências

Lei francesa: decreto de 20 de fevereiro de 1995 relacionadas com a terminologia da ciência e tecnologia espaciais.

Organização Meteorológica Mundial , “ Balão meteorológico ” , Glossário de Meteorologia , Eumetcal (acessado em 26 de novembro de 2013 )
" A conquista da terceira dimensão: Radiosondage " , Measuring the atmosphere , Météo-France (acesso em 26 de novembro de 2013 )
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(em) " Pesquisa sobre Balão Flutuar sobre 50km Altitude " , Instituto de Espaço e Ciência Astronáutica, JAXA (acessado em 1 st fevereiro 2018 ) .
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" Empresa que oferece o lançamento de marcas na estratosfera " , em publicom.space (acessado em 30 de junho de 2020 )

Veja também

links externos

[1] http://www.radioamateurs-france.fr/
[2] https://ballonssondes.wordpress.com/
[3] https://ukhas.org.uk/ UKHAS para nossos vizinhos ingleses.
[4] http://www.swiss-strato.com/ Association Swiss Strato
(pt) " SQ6KXY Radiosonde Tracker Database " , agregador para rastrear balões meteorológicos por amadores.