Скок на височина
Австрийският парашутист Феликс Баумгартнер наскоро постигна подвиг, като скочи от балон на стратосферна височина. Как протече тази мисия? ?
Пътуването с балон на Феликс Баумгартнер продължи около два часа и половина. Въпреки големите колебания в края на изкачването, скоростта на изкачване остана от порядъка на 300 до 400 метра в минута.
Рисунки от Бруно Вакаро
На 14 октомври 2012 г., изкачвайки се с балон на височина от 39 километра, за да извърши скок за свободно падане, австриецът Феликс Баумгартнер напусна тропосферата, първият слой от земната атмосфера. Въпреки среднощното синьо, което сякаш обгръщаше капсулата му и почти пълното отсъствие на въздух, парашутистът все още не беше в космоса. Той беше достигнал стратосферата, слаба среда, но все още достатъчно гъста, за да поддържа изкачването на балона и да забави спускането на парашутиста доста бързо. По време на този забележителен скок Ф. Баумгартнер пресича особено звуковата бариера, въпреки че думата „стена“ не е напълно подходяща.
Надморската височина от 39 километра е твърде голяма, за да се достигне със самолет. Следователно изборът на проекта Stratos беше фокусиран върху полет в балон, напомпан с хелий, както при метеорологичните балони. Но докато масата на тези последни инструменти е няколко десетки килограма, тук е от порядъка на 1500 килограма за пътника, неговия водолазен костюм и най-вече неговата капсула.
Тягата на Архимед срещу тежестта и влаченето
За да може тягата на Архимед да компенсира теглото на този екипаж, балонът трябваше да измести поне толкова въздушна маса. На морското равнище, където въздухът има плътност 1,2 килограма на кубичен метър, това съответства на обем от най-малко 1250 кубически метра или сфера с диаметър 13 метра.
Ами 39 километра над морското равнище? Въздухът там е толкова разреден, че вече почти не разсейва слънчевата светлина и околното пространство изглежда черно. За щастие стоим далеч от космическия вакуум: плътността е около 4,4 грама на кубичен метър или 270 пъти по-малка от морското равнище. Обемът на въздуха, който трябва да се премести, съответства на сфера с диаметър най-малко 80 метра.
Следователно беше необходимо да се проектира гигантски балон, висок 100 метра и диаметър 130 метра при максималното му разширение (вижте фигура 1). За да настроите обема му с намаляването на плътността с надморска височина, просто оставете природата да направи своето. Чрез само частично пълнене на балона се гарантира, че вътрешното налягане е същото като това на външния въздух: по този начин, когато човек се повиши и плътността на въздуха намалее, това на хелия го прави в същите пропорции.
По този начин хелият се увеличава по обем, така че произведението на обема на балона от плътността на въздуха и следователно тягата на Архимед остава постоянна. На практика, ако добавим към масата на екипажа тази на балона и хелия, трябваше да се вдигнат повече от три тона. За да се осигури достатъчна скорост на изкачване, обемът на използвания хелий всъщност беше 5100 кубически метра, което означава два пъти повече от необходимото количество за повдигане.
Със своята нископрофилна форма, топката страда от пълната сила на аеродинамичното съпротивление на въздуха. Последното е пропорционално на произведението на квадрата на скоростта, умножена по плътността на въздуха и фронталната част на балона. В зависимост от теглото си и тягата на Архимед, балонът се ускорява, докато достигне такава скорост, че съпротивлението да компенсира получената сила.