بالون الضغط الفائق

البالون ذو الضغط الفائق ( SPB ) هو نوع من البالونات الهوائية التي يُحافظ فيها على حجم ثابت نسبيًا بغض النظر عن تغيرات الضغط الجوي الخارجي ودرجة حرارة غاز الرفع الموجود بداخله . وهذا ما يسمح للبالون بالحفاظ على ارتفاع ثابت لفترات طويلة. وهذا يختلف عن البالونات ذات الحجم المتغير الأكثر شيوعًا، والتي إما أن تكون مملوءة جزئيًا فقط بغاز الرفع، أو مصنوعة من مواد أكثر مرونة. تُعرف هذه البالونات أيضًا باسم بالونات اليقطينة أو بالونات المسافات الطويلة جدًا (ULDB)، حيث يكون غلافها المحكم على شكل يقطينة عند ارتفاع الطيران. ^{[ 1 ]}

في المنطاد ذي الحجم المتغير، يتغير حجم غاز الرفع نتيجة التسخين والتبريد خلال الدورة اليومية . وتتضخم هذه الدورة بفعل ظاهرة الاحتباس الحراري داخل المنطاد، بينما يخضع الغاز الجوي المحيط لتغير دوري محدود في درجة الحرارة. ومع ارتفاع درجة حرارة غاز الرفع وتمدده، يزداد إزاحة الغاز الجوي، بينما يبقى وزن المنطاد ثابتًا. وتزداد قوة طفوه ، مما يؤدي إلى ارتفاعه ما لم يتم تعويض ذلك بتفريغ الغاز. وعلى العكس، إذا برد المنطاد وانخفض، يصبح من الضروري إطلاق ثقل موازن . ولأن كلاً من الثقل الموازن والغاز محدودان، فإن هناك حدًا زمنيًا يمكن للمنطاد ذي الحجم المتغير أن يعوض فيه هذا التغير للحفاظ على استقرار ارتفاعه.

على النقيض من ذلك، يتعرض البالون ذو الضغط العالي لتغيرات أقل في الارتفاع دون الحاجة إلى مناورات تعويضية. ^{[ 2 ]} ولأن حجم البالون أكثر تقييدًا، فإن حجم الهواء الذي يزيحه يكون محدودًا أيضًا. ووفقًا لمبدأ أرخميدس ، فإن القوة الصاعدة المؤثرة على البالون تساوي وزن الغاز المحيط المزاح. في هذه الحالة، الغاز المحيط هو غاز الغلاف الجوي الذي يزيحه البالون. يتناقص وزن غاز الغلاف الجوي المزاح مع ارتفاع البالون، لأن كثافة الغلاف الجوي تتناقص مع ازدياد الارتفاع . ^{[ 3 ]} لذا، فإن القوة الدافعة للبالون إلى الأعلى تتناقص مع الارتفاع، وعند ارتفاع معين، تتساوى القوة الصاعدة مع وزن البالون. ونتيجة لذلك، يبقى البالون مستقرًا ضمن نطاق ارتفاع توازن محدود لفترات طويلة.

أما العيب فهو أن هذه البالونات تتطلب مواد أقوى بكثير من الأنواع غير المضغوطة.

تُستخدم بالونات الضغط الفائق عادةً في رحلات طويلة للغاية لتجارب علمية غير مأهولة في طبقات الجو العليا ، ^{[ 2 ]} حيث تكون درجة حرارة الغازات الجوية مستقرة نسبيًا خلال الدورة اليومية. ^{[ 4 ]} في عام 1985، استُخدمت هذه البالونات لروبوتات جوية حلقت على ارتفاع حوالي 50 كيلومترًا (160,000 قدم) في غلاف كوكب الزهرة الجوي، وذلك ضمن برنامج فيغا الدولي الذي قاده الاتحاد السوفيتي . 

في فبراير 1974، حاول العقيد توماس إل. جاتش الابن، من قوات الاحتياط بالجيش الأمريكي، القيام بأول عبور للمحيط الأطلسي بواسطة منطاد فائق الضغط يُدعى " لايت هارت" . بعد فقدان اثنين على الأقل من المناطيد العشرة التي كانت توفر قوة الرفع، وبعد انحراف كبير عن المسار الذي رسمه العقيد جاتش للاستفادة من التيار النفاث ، كانت آخر مشاهدة مُبلغ عنها لـ" لايت هارت" على بُعد 1610 كيلومترات (1000 ميل) غرب جزر الكناري ؛ ولم يُعثر على أي أثر آخر للطائرة. ^{[ 5 ]} 

في مارس 2015، أطلقت وكالة ناسا قاذفة صواريخ موجهة (SPB) إلى ارتفاع 34,000 متر (110,000 قدم) لمدة 32 يومًا من نيوزيلندا، وهبطت بها في أستراليا بعد اكتشاف تسرب. ^{[ 6 ]} وكانت هذه أول مرة تُحلّق فيها قاذفة صواريخ موجهة لفترة طويلة خلال دورة الليل والنهار. وعندما كانت منتفخة بالكامل، بلغ حجمها حجم ملعب كرة قدم. 

استخدم مشروع لون التابع لشركة ألفابت بالونات ذات ضغط فائق قابلة للتحكم في الارتفاع لتحقيق رحلات جوية لأكثر من 300 يوم. ^{[ 7 ]}

تجاوز منطاد SPB TRAVALB-2 رحلات المناطيد السابقة في القطب الجنوبي، حيث بقي محلقًا لمدة 149 يومًا و3 ساعات و58 دقيقة بعد إطلاقه من موقع منطاد ناسا طويل المدى (LDB) في معسكر LDB، محطة ماكموردو ، في القطب الجنوبي. وقد حظيت العملية بدعم من   المؤسسة الوطنية للعلوم وبرنامج الولايات المتحدة لأبحاث القطب الجنوبي .   ^{[ 8 ]} بعد فشل إطلاق Travalb-1، انطلق Travalb-2 في 29 ديسمبر 2019 لاختبار توقعات مسار منطاد ناسا في القطب الجنوبي ودراسة فقدان الإلكترونات من أحزمة الإشعاع الأرضية. ^{[ 9 ]}

تم تجهيز تلسكوب التصوير المحمول بالبالون فائق الضغط (SuperBIT) لرحلة تستغرق أكثر من 30 يومًا من نظام SPB التابع لناسا في مارس 2022. ويهدف SuperBIT، الذي تم إطلاقه من وانكا ، نيوزيلندا، إلى الاستفادة من دورات الليل والنهار التي يوفرها نظام SPB من أجل الحصول على صور عالية الجودة ومحدودة الانعراج من طبقة الستراتوسفير.

كان البالون الصيني عالي الارتفاع الذي شوهد وهو يعبر الولايات المتحدة في أوائل عام 2023 بالونًا فائق الضغط يشبه في تصميمه بالونات ناسا السابقة . ^{[ 10 ]}

• مرفق كولومبيا العلمي للبالونات
• تقنية السبر الأفقي العالمي
• مذيعة سكاي

• بالون ناسا فائق الضغط
• صورة ناسا اليومية "في الأعالي" تُظهر بالونًا فائق الضغط فوق القارة القطبية الجنوبية.
• بالون نوت فائق الضغط