Ministero dell’Istruzione dell’Università e della Ricerca

Ufficio Scolastico Regionale per la PugliaDirezione Generale

Cosa sono i “Palloni Stratosferici”

Velivoli senza propulsione auto-sostentanti nell’atmosfera grazie alla minore densità del gas contenuto nel pallone, tipicamente elio, rispetto all’aria intorno, nella quale essi sono mossi orizzontalmente dalla spinta dei venti.

Principali caratteristiche: Quota di volo: 38-40 km Carico utile : sino a 5 tonnellate Dimensioni navicella : L. < 4m, h < 6m.

Durante il volo il carico utile del pallone esegue la sua missione scientifica.

Al termine del volo il carico viene separato per poi essere recuperato, generalmente a terra o, occasionalmente, in mare.

Definizione

“L’atmosfera terrestre è un involucro gassoso che avvolge la Terra, ne assume la forma e ne segue il movimento nello spazio”.

• L’atmosfera terrestre è uno strato molto sottile d’aria: nei primi 30 km si trova il 99% dell’intera massa

• Liquefatta, occuperebbe uno spessore di appena11 metri• Grazie ad essa è possibile la vita sulla Terra• E’ la sede dei fenomeni meteorologici

In questo caso, l’unica forza attiva che fa muovere l’aria è la Forza di Gradiente (Fg) che sarà tanto maggiore quanto maggiore sarà la differenza di pressione relativamente alla distanza e sarà dipendente, per motivi d’inerzia, dalla densità dell’aria stessa, cioè, inversamente proporzionale alla densità. Per cui, a quote più elevate ed a parità di differenza di pressione e di distanza, la Fg sarà maggiore che negli strati più bassi.

Cel

la d

i Had

ley

In ques’altro caso, la Fg viene deviata da una forza fittizia che agisce soltanto quando la massa d’aria è in movimento. Questa forza si chiama Forza Deviante (Fd); essa è in funzione della velocità angolare della Terra, della velocità della massa d’aria e della latitudine del luogo in cui si muove ed agisce sempre perpendicolarmente al vettore velocità sulla sua destra.

Cella di Hadley

Cella di Ferrel

Cella Polare

alisei

venti occ.

venti polari

Considerando la circolazione generale dell’atmosfera al disopra dei 25 km (circa 25hPa), l’influenza della circolazione è NULLA! La configurazione delle superfici isobariche risentono solo ed esclusivamente del riscaldamento dell’atmosfera a quelle quote.Durante il corso dell’anno, responsabile di tale riscaldamento è la radiazione solare diretta e l’albedo. Per tale motivo, durante il periodo primaverile ed autunnale, ci sarà un momento in cui le superfici isobariche coincidono con le rispettive superfici equipotenziali, ovvero, hanno la forma del geoide.Partiamo da tale momento nel periodo primaverile e andiamo verso l’inizio dell’estate, poiché le superfici isobariche coincidono con i geopotenziali, vento è zero (gradiente delle isoipse “zero” = periodo del “turn round”).

Con l’inizio del riscaldamento dell’emisfero boreale (alle quote considerate) si riscalda e si espande. Pertanto, si comincia a creare un anticiclone (H) con centro il Polo Nord; tale anticiclone inizia con piccole circolazioni anticicloniche che si intravedono nei pressi del Circolo Polare (come latitudine) che si intensificano man mano che si va verso l’estate, si fondono e si dirigono verso il Polo fino a formare un unico anticiclone con centro il Polo stesso.

In tale condizione, nell’emisfero Boreale la superficie isobarica “taglia” la superficie equipotenziale come in fig. 1A Le isoipse, pertanto, saranno mediamente lungo i paralleli, con circa 5-6 ondulazioni dovute alle onde di Rosby. Il massimo del vento si verificherà nel periodo di massimo riscaldamento (15 luglio-15 agosto). Il vento, naturalmente, spirerà da Est verso Ovest.

Dopo l’autunno, invece di un anticiclone al Polo Nord si instaurerà una circolazione ciclonica (L) rappresentata in fig. 1B e la superficie isobarica “taglierà” la superficie equipotenziale come in fig. 1B’. Quindi, il vento invertirà la sua direzione spirando da Ovest verso Est. La stessa cosa, ma invertita, si verifica nell’emisfero Australe.

In figura, un esempio di circolazione estiva nell’emisfero Boreale

La traiettoria seguita dalla navicella Archeops durante il suo volo del 7 Febbraio 2002, ad una quota di 34 Km.

L'esperimento e' avvenuto utilizzando un telescopio appeso sotto un grande pallone stratosferico lanciato in Antartide. Esso ha circumnavigato il continente per circa 10 giorni, a cavallo tra il 1998 e il 1999, ad una quota di 38 km, ed ha eseguito automaticamente le scansioni e l'acquisizione dei dati al di fuori dell'atmosfera terrestre.

Informazioni Generali sulla Base di Trapani-Milo

La Base “Luigi Broglio”di Trapani è stata istituita nel 1975.

Si trova nel territorio del Comune di Trapani ed occupa l’area di un ex aeroporto militare in concessione all’Agenzia Spaziale Italiana.

È situata alle pendici del monte Erice, in Contrada Milo.

Nella Base sono presenti diversi edifici adibiti a varie funzioni, quali uffici, centro di controllo ed elaborazione dati, locali di integrazione, laboratori ed officine, magazzini, rimessaggi.

PALAZZINA CONTROLLO VOLI

Caratteristiche della Base

• Area di circa 100 ettari.• Posizione geografica:

• Lat. 38.01 N • Long. 12.35 E

• H ~70 msl

Le fasi della missione :

fase di salita: inizia con la separazione del pallone dalla macchina di

lancio e termina al raggiungimento della condizione operativa alla quota di galleggiamento prefissata

fase di galleggiamento: inizia con il raggiungimento della quota di plafond e termina

con la separazione del carico; durante questa fase vengono effettuati i rilevamenti scientifici ed eseguite le operazioni di mantenimento previste per il volo.

fase di rientro: ha inizio con la separazione della navicella e termina con il

recupero della stessa.

Missioni Tipo a) Volo Transmediterraneo

in periodo estivo, sfruttando le correnti stratosferiche che si muovono da Est verso Ovest, il pallone viene trasportato verso il territorio spagnolo, dove il carico viene sganciato e recuperato.

Tali voli hanno una durata media di 20 ore.

I voli di tipo transmediterraneo possono diventare anche transatlantici, con recupero in territorio americano.

Traiettorie tipiche

Periodo: 15 giugno - 15 Agosto

Missione Tipo b)

Volo locale

Durante i periodi di transizione le correnti stratosferiche invertono la direzione (da W verso E), permettendo l'effettuazione di voli locali con un periodo di galleggiamento intorno alle 6 ore, con lievi spostamenti rispetto al punto di lancio, ed il recupero del payload sull'entroterra della Sicilia o sul mare.

Periodo : Primavera -Autunno

Il volo locale si presta meglio alle esigenze scolastiche

Le attività di preparazione e di esecuzione di una missione:

analisi di missione analisi e previsioni meteorologiche integrazione e controlli preparazione del velivolo lancio operazioni in volo acquisizione e registrazione dati sgancio e recupero

preparazione

esecuzione

La preparazione della missione muove dall’individuazione delle esigenze dell’utilizzatore del volo per la successiva messa a punto della tipologia della missione, dei requisiti su tempi e condizioni del volo, la strumentazione necessaria, i servizi di comunicazione, acquisizione e distribuzione dei dati.

La configurazione delle varie parti e dell’insieme può variare in dipendenza del tipo di volo e degli aggiornamenti tecnologici.

Il veicolo è composto dalle seguenti parti/apparati:

• pallone, in polietilene, con dimensioni variabili a seconda del carico, da poche centinaia di mc di volume a oltre 1.000.000 di mc.

• paracadute (vedi fig. a lato) • navicella (vedi fig. a lato) • catena di volo, (vedi fig. a

lato) che è il sistema di collegamento meccanico ed elettrico tra la navicella, il paracadute e il pallone.

La navicella

La navicella trasporta il payload e i sottosistemi di volo (v. esempio nella foto)

La navicella viene in genere progettata e realizzata dall’utilizzatore del volo, con le opportune interazioni tecniche con il personale responsabile dei sottosistemi di volo che dovranno essere accomodati sulla navicella stessa o su un modulo dedicato che interfaccia con essa.

Il carico utile può essere sottoposto a test nei locali di integrazione messi a disposizione presso la Base, e viene poi integrato nella navicella alla presenza e con l'ausilio degli sperimentatori, che partecipano a tutte le prove successive all'integrazione (elettrica, elettronica e meccanica) dei sottosistemi di volo, per la verifica funzionale e di interfaccia dei loro esperimenti anche con i sistemi di terra.

I principali Sottosistemi (S/S) di bordo della navicella sono:

S/S di potenza Normalmente, batterie di celle primarie al litio

S/S di TM/TC, (versione UHF) Down-Link: Trasmettitori (2) di telemetria del tipo a

modulazione di fase; portanti RF: 400,17 MHz e 401,16 MHz - PCM encoder a formato e bit rate programmabili per la acquisizione e formattazione di informazioni analogiche e digitali provenienti dagli Esperimenti.

Up-Link: Ricevitori (2) di Telecomandi del tipo supereterodina con discriminatore per FM, sintonizzati sulla frequenza 444 MHz.

Antenne TX/RX.

Altri sottosistemi (S/S) di bordo della navicella sono:

S/S zavorra: motorizzato per il controllo della quota del pallone

S/S di localizzazione e identificazione del Pallone:

Ricevitori GPS per la localizzazione in tempo reale del pallone; le informazioni fornite (lat., long.,quota, velocità, UTC) vengono trasmesse via telemetria;

Radioboa, per la localizzazione della navicella quando scende con il paracadute e per la sua ricerca a terra.

S/S separazione del Pallone dal Carico

S/S per l'atterraggio e il recupero

Sistema di galleggiamento utile nei casi di discesa del carico in mare

Sistema di smorzamento per l'atterraggio

Attività sui Carichi Utili (PAYLOADS) INTEGRAZIONE E CONTROLLI

Il payload può essere sottoposto prima dell’integrazione a test ambientali

Il payload viene integrato sulla navicella che trasporta anche i vari sottosistemi di volo:

Integrazione meccanica Integrazione elettrica-elettronica ( interfaccia esperimento - telemetria

di bordo e alimentazione)

Si effettuano le verifiche del corretto funzionamento dell’insieme

Fase operativa

Dopo il lancio il pallone viene controllato da terra per mezzo di un collegamento

radio sulle bande UHF e/o S. Alcuni canali sono utilizzati per la localizzazione

(tramite sistema GPS ed ARGOS ) del pallone e per la gestione operativa del

volo, mentre i rimanenti sono a disposizione del carico.

 

Dal momento del lancio si effettua il monitoraggio della quota di volo e della

traiettoria, la previsione della traiettoria a venire, si determinano le operazioni di

scarico della zavorra per il mantenimento della quota, si fornisce il supporto alla

gestione della separazione tramite previsione del punto di caduta e valutazione

del rischio.

Durante il volo si registrano sia i dati scientifici che di house-keeping, si

estraggono dal flusso i dati scientifici secondo formati e/o standard concordati

con gli sperimentatori/utenti e li si rendono disponibili via rete oppure su supporti

magnetici.

Fase di Preparazione al lancio

Payload agganciato alla macchina di lancio prima del volo

Fasi del Lancio

Fasi del Lancio

CATENA DI VOLO

FASE DI SALITA