در ماه می ۲۰۰۲، یک بالون از مرکز بالون سانریکو(SBC) در شمال ژاپن به فضا پرتاب شد، و ارتفاعی که این بالون بالا رفت، رکورد ارتفاعی که بشر تاکنون بالا رفته بود را شکست.
این بالون به سرعت، رکورد بالاترین ارتفاع صعود موفقیت‌آمیز بالون در سال ۱۷۸۳ را شکست و از آن بالاتر رفت. بالون قبلی که نام آن بالون ۱۹۰۱ بود تا ارتفاع ۱۰.۸ کیلومتر بالا رفته بود و منجر به کشف استراتوسفر جو شد. همچنین این بالون توانست رکورد هر شیء پرنده اعم از هواپیما، هلی‌کوپتر، هواپیماهای پیشرانه و یا حتی جت‌ها را بشکند.
این بالون توانست حتی بالاتر از رکوردی که توسط آلن یوستیس، مدیر سابق گوگل در سال ۲۰۱۴ ثبت شده بود به پرواز دربیاید. آلن توانسته بود تا ارتفاع ۴۱.۴ کیلومتر بالا رفته و در آنجا از کپسول خارج شده و با چتر به زمین برگردد.
این بالون به صعود خود ادامه داد و بعد از گذشتن از قسمت استراتوسفر به مزوسفر رسید که سردترین قسمت جو زمین است. در این قسمت دما می‌تواند به حدود ۱۴۳- سانتیگراد کاهش پیدا کند. این سردترین دمایی است که تاکنون در زمین به ثبت رسیده است.
این بالون نهایتا به ارتفاع ۵۳ کیلومتری سطح زمین رسید. فقط اجسام پرتاب شده از طریق موشک یا شلیک توپ توانسته بودند از این ارتفاع بالاتر بروند. اینها هواپیما نیستند، بلکه بالون‌ها هستند که انسان‌ها و ابزار علمی آنها را به لبه‌های فضا نزدیک‌تر کرده‌اند.
این دستگاه‌های هوانوردی به ظاهر ساده می‌توانند ابزار و تجهیزات را به جایی ببرند که هیچ هواپیمای دیگری قادر نیست به آنجا برود و می‌تواند برای مدت طولانی در آنجا بماند.
پس از سرنگونی این بالون نظارتی مشکوک، که در ارتفاع ۱۸ کیلومتری بالای ایالات متحده در حال حرکت بود، بی‌بی‌سی فیوچر به این موضوع پرداخت که چرا دانشمندان، شرکت های اینترنتی، پیش‌بینی‌کنندگان هوا و حتی سازمان‌های جاسوسی دولتی به استفاده از بالون‌ها علاقمند هستند.
بالون‌ها تا چه ارتفاعی می‌توانند بالا بروند؟
بدیهی است بالون‌هایی نظیر بالونی که در سالن ۲۰۰۲ رکورد صعود در ارتفاع را شکست، یا بالون چینی که اخیرا در این ماه باعث مشکلات دیپلماتیک چین با ایالات متحده شده است، با بالون‌هایی که از هوای گرم برای بالا رفتن بالون‌های تفریحی استفاده می‌کنند متفاوت هستند. چه چیزی این قابلیت را به یک بالون می‌دهد تا بتواند اینقدر بالا برود و در آنجا بماند؟
راس‌ون‌در ورف، معاون راه‌حل‌های استراتوسفر شرکت Raven Aerostar، که یکی از سازندگان بالون برای ارتفاعات بالا است، ایده بهتری نسبت به سایرین دارد. او مهندس سرپرست تیم طراحی بالون‌هایی است که می‌توانند کیلومترها بالاتر از قلمرو هواپیماهای مسافربری به پرواز در آیند. این شرکت هم در حوزه دفاعی و هم تجاری کار کرده و بالون‌هایی را برای پروژه اینترنت اضطراری Loon، برای گوگل طراحی کرده است.
شرکت Raven Aerostar، طی ۱۰ سال گذشته بیشتر از ۳۰۰۰ بالون را به فضا فرستاده و در این مدت و طی این مسیر، روش‌های ساخت آنها را بهبود بخشیده است. آنها می‌گویند:«ما فرمولاسیون‌های مختلفی از پلاستیک را امتحان کرده‌ایم و چند چیز اختصاصی داریم که به طورقابل توجهی بهتر از چیزهایی هستند که ۱۰ سال پیش از آنها استفاده می‌کردیم. نکته مهم دیگر چگونگی درز گرفتن و جوش دادن این پلاستیک‌ها به یکدیگر است که فرآیند ویژه‌ای دارد و ما آن را بارها و بارها تکرار کرده‌ایم.»
این پیشرفت‌ها نه تنها به بالاتر پرواز کردن بالون‌ها کمک می‌کنند، بلکه می‌توانند مدت بیشتری را در ارتفاع بمانند. « برای اینکه ایده‌ای به شما داده باشیم، باید بگوییم که ما طی ۱۵۰ روز گذشته، فقط با بالون Thunderhead که محصول تجاری فعلی ما است، پروازهای بسیار زیادی داشته‌ایم. اما رکورد بالون Loon، ۳۲۰ روز بوده است. اینها اعداد پروازهایی هستند که ما قطعا در طول ۳۰ سال گذشته نداشته‌ایم. مواد به کار رفته و تکنیک‌های ساخت، تفاوت زیادی در طول عمر آنها ایجاد کرده است.» پروژه Loon در سال ۲۰۲۱ لغو شد، اما ون‌درورف می‌گوید: انتظار دارد که شرکت او بزودی بتواند بالون‌هایی را به هوا بفرستد که برای مدت یکسال بر فراز سطح زمین باقی بمانند.
بالون چینی که هفته گذشته سرنگون شد، توانسته بود هزاران کیلومتر بر فراز اقیانوس آرام و قاره آمریکا پرواز کند. باید ببینیم بالون‌هایی که می‌توانند چنین فواصلی را طی کرده و تا این ارتفاع بالا بروند، چقدر خوب ساخته شده‌اند.
ناوگان بالون‌های Loon، حامل تکنولوژی‌های ارتباطی هستند که امکان پوشش تلفن‌های همراه در مناطق دورافتاده یا آسیب دیده از بلایا را فراهم می‌کند و طوری طراحی شده‌اند که در ارتفاع ۱۹ تا ۲۵ کیلومتری سطح زمین حرکت کنند. این ارتفاع تقریبا دوبرابر ارتفاعی است که هواپیماهای مسافربری در آن پرواز می‌کنند و تقریبا بالاتر از همه جت‌ها، به جز جت‌های نظامی بسیار خاص و تخصصی است.
بالون‌هایی که در ارتفاع بالا حرکت می‌کنند، حامل چه چیزی هستند؟
اینکه این بالون‌ها چه چیزی را حمل می‌کنند به ماموریت آنها بستگی دارد. آنها می‌توانند هر چیزی از جمله تجهیزات علمی و ارتباطی راحمل کنند و اگر ماموریت آنها جاسوسی باشد، می‌توانند با استفاده از حسگرها و دوربین‌ها، زمین را رصد کنند. ون‌در ورف می‌گوید: طراحی تجهیزات بسیار چالش‌انگیز است. طراحی تجهیزات وسایل الکترونیکی برای یک بالون، بسیار شبیه تجهیزات الکترونیک برای یک فضا پیما است. در ارتفاع ۲۷.۲ کیلومتری سطح زمین، چگالی اتمسفر در حدود ۱٪ روی زمین است.
او می‌گوید:«در چنین ارتفاعی هوا بسیار سرد است. ما در آنجا به دمای منفی ۸۰ درجه سانتیگراد می‌رسیم. اما نکته جالب این است که به طور معمول وقتی تجهیزات الکترونیکی برای استراتوسفر طراحی می‌شوند، در واقع بیشتر به وسیله‌ای برای خنک نگه داشتن آن نیاز دارند تا گرم نگه داشتن آن، زیرا در آن بالا هیچ هوایی وجود ندارد، و نمی‌توانید برای کم کردن درجه حرارت از فن خنک کننده استفاده کنید. بنابراین شما مجبورید تا در یک محیط، تجهیزات را بسازید و آن را به محیطی دیگر منتقل کنید و این یک چالش است.»
همچنین نگه داشتن این ابزارهای الکتریکی در فاصله بیشتر از ۲۰ کیلومتری از سطح زمین کار آسانی نیست. او می‌گوید:«سوخت بیشتر هواپیماهای امروزی هنوز هم از سوخت‌های فسیلی تامین می‌شود. وقتی سوخت جت می‌سوزانید، قدرت زیادی دارید. بیشتر سنسورهای الکترونیکی و تجهیزات ارتباطی که برای استفاده در هواپیماها طراحی شده‌اند، انرژی زیادی مصرف می‌کنند و بیشتر هواپیماها برای مصرف سوخت محدودیتی ندارند.»
برای حمل ابزار با بالون به راه حل متفاوتی نیاز داریم
به گفته ون‌درورف:«ما تمام انرژی مورد نیاز خود را از طریق خورشید در طول روز دریافت می‌کنیم. باتری‌ها را شارژ کرده و شب با انرژی آن حرکت می‌کنیم. زمانی که مانور می‌دهیم و بالون‌ها را بالا و پایین می‌بریم، از یک کمپرسور برقی استفاده می‌کنیم که می‌تواند تا ۸۰۰ وات توان داشته باشد. این یک محدودیت واقعی در طراحی برای مصرف انرژی سنسورهای کیت‌ها و کیت‌های ارتباطی است.»
چطور می‌توان چنین بالونی را کنترل کرد؟
تغییر دادن مسیر بالون در چنین ارتفاعی کار دشواری است. ون‌درورف می‌گوید: بهترین روش این است که با بهره بردن از ویژگی منحصربفرد استراتوسفر، بالون را به سمت بالا و پایین حرکت دهید. این لایه، به این دلیل استراتوسفر نامیده می‌شود که لایه‌های مختلفی از ویژگی‌های مختلف جوی در آنجا وجود دارند. چیزی که ما در پرواز همه این بالون‌ها دریافتیم این بود که در ارتفاعات مختلف، در سرعت و جهت وزش باد تنوع چندانی وجود ندارد. شما این لایه‌های مختلف را در جایی خواهید داشت که باد از جهت‌های مختلف بوزد.»
بسیاری از این اطلاعات تا چند دهه پیش ناشناخته بودند و دانشمندان و مهندسان برای پیش‌بینی الگوهای باد استراتوسفر، از الگوریتم‌ها استفاده می‌کردند.
ون‌درورف می‌گوید:« اگر بتوانم تنوع باد در لایه‌های مختلف استراتوسفر را به طور دقیق مدل‌سازی و پیش‌بینی کنم، می‌توانم ارتفاع را تغییر داده و در یک منطقه ثابت بمانم. و تا زمانی که بتوانم به اندازه کافی به چیزی که می‌خواهم اندازه‌گیری و مشاهده کنم نزدیک باشم و با آن ارتباط برقرار کنم، حتی اگر به صورت بی هدف در آن اطراف پرسه بزنم، باز هم خواهم توانست اطلاعات مفیدی را فراهم کنم.»
هزینه‌ها
بالون‌ها بسیار ارزان‌تر از ماهواره‌هایی هستند که توسط موشک‌ها ارسال می‌شوند. که این امر نه تنها آنها را از نظر تجاری مناسب می‌کند، بلکه آنها را در حوزه علاقه‌مندی آماتورها قرار می‌دهد.
یکی از این افراد استیو رندال است. در طول ۱۵ سال گذشته او بیش از ۲۰۰ بالون را از نزدیکی خانه خود، در شرق انگلستان به هوا فرستاده و هدف او کمک به اداره Random Engineering (یک شرکت مهندسی بالون در ارتفاعات) بوده است. این مهندس بازنشسته که قبلا موشک‌های دست‌ساز می‌ساخته اعتقاد دارد که بخشی از جذابیت این کار این است که بیشتر از مردم عادی احساس می‌کند که به فضا نزدیک است.
او می‌گوید: « بالون‌های لاتکس معمولی احتمالا تا ارتفاع ۳۰.۴۸ کیلومتر بالا می‌روند اما بالاترین ارتفاع پرواز من ۴۵ کیلومتر بوده است. رفتن به ارتفاعات بالاتر امکان پذیر است، همانطور که ژاپنی‌ها در سال ۲۰۰۲ این کار را انجام دادند. اما این کار هزینه بیشتری خواهد داشت.»
راندال می‌گوید:«یک بالون معمولی از جنس لاتکس فقط بالا می‌رود و به دلیل اینکه جو نازک و نازک‌تر می‌شود و فشار کاهش می‌یابد، بالون بزرگتر می‌شود. و تا جایی بالا می‌روید که بالون می‌ترکد و مجبورید با چتر نجات به سمت زمین فرود بیایید.»
مسافتی که بالون‌ها می‌توانند در هوا طی کند، آنها را جذاب می‌کند. بالون‌ها برخلاف هواپیماهای معمولی یا بدون سرنشین، مشکل سوخت یا باتری ندارند، و این بدان معناست که حتی بالون‌های بسیار ساده نیز می‌توانند در صورت مساعد بودن شرایط باد، مسافت‌های زیادی را طی کند.
راندال می‌گوید:«این بالون‌ها ممکن است در تابستان تا ۱۶ کیلومتر و در زمستان تا ۸۰۰ کیلومتر نیز سفر کنند. من شخصا بعضی از این بالون‌ها را خارج از بریتانیا فرود آورده‌ام.»
پرواز با بالون در ارتفاعات بالا، به ندرت در سر تیتر خبرها قرار می‌گیرد. اما روزانه حداقل ۱۸۰۰ بالون هواشناسی توسط ایستگاه‌های هواشناسی در سرتاسر جهان به آسمان فرستاده می‌شود. در داخل بسیاری از این بالون‌ها یادداشت‌ها و حتی جوایزی است که از یابندگان این بالون‌ها می‌خواهد تا آنها را به محل مناسب بازگردانند.
راندال می‌گوید:« من هرگز بالونی را از دست نداده‌ام. یک بالون وقتی بالا می‌رود ممکن است، ۸۰ متر دورتر و در مزرعه یک کشاورز فرود بیاید، و شما می‌توانید آن را بازگردانید.»
او از ۲۰۰ بالونی که به آسمان فرستاده، تنها یکی از آنها را از دست داده است. زیرا در بالای یک درخت بسیار بلند فرود آمده بود و به نظر او بالا رفتن از یک درخت ۱۵ متری برای بازگرداندن یک بالون ارزشش را نداشت. اما اینکه می‌دانست بالون در کجا فرود آمده و گم نشده برایش اهمیت داشت.