Aranykerék

Légből kapott jelek - 1. rész

Meteorológiai ballonok a sztratoszférában

2019. január 18. - Aranykerék

A kétrészesre tervezett "Légből kapott jelek" című sorozatunk első részében a magaslégköri meteorológiai ballonokról lesz szó. Ezek segítségével kamerák és jeladók küldhetők a felhők fölé, miközben lélegzetelállító felvételek készülhetnek. (A cikksorozat második részében a magasba küldött kamerák és jeladók egy másik, nagyon fontos alkalmazási területét mutatjuk be.)

A meteorológiai ballonok általában héliummal, esetleg hidrogénnel, ritkábban más, a levegőnél könnyebb gázzal töltött, eredetileg tudományos megfigyelésekre, mérésekre, különösen időjárás-előrejelzésre szolgáló nagyméretű léggömbök. Nem utolsó sorban a ballonokkal a felhők fölé, a sztratoszféra középső rétegébe felvitt kamerákkal csodálatos felvételeket lehet készíteni. Közlekedésjogi szempontból a levegőnél könnyebb, irányíthatatlan, vezető nélküli légi járművek közé tartoznak. A ballonokra általában egy (ritkábban kettő vagy több) dobozt rögzítenek, amit a doboz (vagy dobozok) zuhanását fékező ejtőernyővel látnak el. A dobozban különféle eszközöket helyezhetnek el, amelyek tájékoztatást adnak a pillanatnyi helyzetről és rögzítik az útvonalat (APRS-jeladó, telefon, kamera), vagy meteorológiai méréseket végeznek (hőmérséklet, légnyomás, páratartalom, vagy egyes gázok koncentrációjának mérésére szolgáló szondák).

A Balaton látképe 24 kilométeres magasságból, 2017 nyarán
Forrás: Piaristák az űrben projekt

A ballon útja

Felengedéskor (típustól függően) körülbelül 2–5 méter a ballon átmérője, ez az emelkedés közben a hőmérséklet és a légnyomás függvényében folyamatosan változik, növekszik. A legnagyobb magasságot elérve, ahol a külső nyomás jelentősen lecsökken, akár a négyszeresére-ötszörösére is dagadhat, amikor a ballon anyaga már nem bírja tovább az igénybevételt és kidurran. A ballonok a töltöttségüktől függően 25–40 kilométeres magasságig emelkedhetnek, általában a 30–33 kilométerrel szoktak számolni. Ha kevesebb héliummal (ez a leggyakoribb töltőgáz; ritkábban hidrogénnel, metánnal vagy mással) töltik fel a ballont, akkor magasabbra tud emelkedni, mielőtt kidurranna, viszont ebben az esetben cserébe jóval lassabban emelkedik. Általános esetben az emelkedés 1,5–2 óráig, a zuhanás 20–30 percig tart. A felengedés és a földetérés helye között (az időjárási viszonyoktól, a szél erősségétől és irányától, irányváltozásaitól függően) akár 100–250 kilométer is lehet a távolság.

kepkivagas_ballon13.PNG

Ballon felengedése 2017-ben
Forrás: Pamkutya kalandok projekt

A meteorológiai léggömbök a légkör két szintjét érintik. Az alsó réteg, a troposzféra a 10–12 kilométer (pontosabban valahol a 6–20 kilométer közötti) magasságban ér véget, itt található a tropopauza, a sztratoszféra alsó határa, ahol a legmagasabb zivatarfelhők üllői is eltűnnek és már láthatóvá válik a világűr feketesége. A sztratoszféra az 50 kilométer magasságban lévő sztratopauzáig tart. A sztratoszférába a repülőgépek már nem mennek fel, ugyanakkor (szemben az alábbi videókban állítottakkal) ez még messze nem a világűr – legfeljebb (némi túlzást megengedve) a "világűr pereme", vagy a "világűr előszobája", ahogy a népszerűsítő cikkekben és videókban szoktak fogalmazni. A világűr határvonala (felülete) jóval magasabban, a széles körben elfogadott Kármán-vonalnál húzódik, ami 100 kilométerre van a Föld felszínétől. Ugyanakkor a 30 kilométeres magasságból már jól látszik a Föld gömb (geoid) alakja, ott a légköri viszonyok jelentősen eltérnek a felszínen tapasztaltaktól. Ebben a magasságban felhők már nincsenek, nincs hőáramlás, nem tapasztalható légköri turbulencia (feláramlás, termik), a ritka levegő hőmérséklete minusz 30, vagy akár minusz 50–70 Celsius-fok is lehet.

A "légi jármű" irányítása annyiban kimerül, hogy a felengedés helyét és időpontját, valamint a ballon (és az ejtőernyő) típusát, össztömegét, a töltőgáz töltési térfogatát meg lehet választani. A földetérés helye ugyanakkor "a körülményekhez képest" meglepően jól, akár 5–10 kilométer pontossággal behatárolható (ha nincsenek szélsőséges időjárási viszonyok) – a modellszámításoknak és a naprakész meteorológiai adatoknak köszönhetően.

Modellszámítások a megtett útvonal előrejelzésére

A meteorológia ballon megtett útvonalának előrebecslésére kellően pontos modellek ismertek. A predict.habhub.org oldalon a felengedés helyének és tengerszint feletti magasságának, a pontos időpontnak (UTC szerint) és még néhány paraméternek a megadásával, a lekérdezéskor ismert meteorológiai adatok figyelembevételével előre becsülhető a ballon útvonala. Alapértelmezetten a számítás 1500 gramm (1,5 kg) hasznos teherrel, 1000 grammos (1 kg-os) ballonnal, 5 m/s emelkedési és ugyanekkora (ejtőernyővel fékezett) süllyedési sebességgel, 30 ezer kilométer legnagyobb magassággal számol. Az oldal amellett meghatározza az adott össztömeghez, típushoz és a tervezett emelkedési sebességhez vagy a tervezett legnagyobb magassághoz tartozó töltési térfogatot, illetve azt, hogy az emelkedés várhatóan mennyi ideig fog tartani és milyen messze fog földet érni a dobozunk. Ki lehet választani a töltőgázt (hélium, hidrogén, metán, egyéb), a ballon gyártóját és típusát, stb.

kepkivagas_ballon11.PNG

A predict.habhub.org előrejelzése

Például a január 21-én délben Pusztavacsról, az ország földrajzi középpontjánál felengedett, a megadott paraméterekkel rendelkező ballon Martfű fölött pukkan ki és valahol Gyomaendrőd közelében ér földet, a lekérdezés pillanatában ismert időjárási adatokkal számolva. A 97,6 kilométeres utazás 2 óra 18 percig tartana az előrejelzés szerint. Ehhez (a 30 kilométer eléréséhez) a ballont 4 köbméter héliummal kellene megtölteni.

A gyártók további adattáblákat adnak meg a különböző típusokhoz:

kepkivagas_kci-sorozat.PNG

Példa a meteorológiai ballonok méretválasztékára
Forrás: Kaymont.com

Közlekedési szabályok

Megkerestük a Közlekedési Hatóságot azzal a kérdéssel, hogy milyen szabályok vonatkoznak a meteorológiai ballonokra, felengedésüket milyen engedélykérési, bejelentési folyamatnak kell megelőznie a hatályos jogszabályok szerint. Ha megérkezik a válasz, frissítjük a cikket.

Megvalósult projektek

A következő fejezetekben az előző évek projektjeiből készült videókat válogatunk. Itt jegyezzük meg, hogy az Országos Meteorológiai Szolgálat naponta enged fel ballonokat, tehát ilyen értelemben ez nem akkora szenzáció, végső soron egy mindennapos dologról van szó. Viszonylag magas ára miatt azonban ezt magánszemélyek nem túl gyakran engedhetik meg maguknak, főleg nem (mint látni fogjuk a következő példákban) a projektet támogató szponzorok nélkül. A videók tanúsága szerint a kalandokban – egyszersmind tudományos projektekben – résztvevők számára óriási élményt jelent a felengedés előtti kísérletezés, tesztelés, természetesen maga a felengedés pillanata, majd különösen izgalmas a "visszatérő egység" követése, felkutatása, megtalálása. Ha sikerült megtalálni, még mindig kérdéses, hogy a felvételek sikerültek-e, vagy időközben tönkrement az eszköz. Rosszul megválasztott helyszín és időpont esetén, vagy váratlanul megváltozó időjárási viszonyok esetén a doboz lakott területre, vagy erdőre, vízre, más hozzáférhetetlen, vagy nehezen megközelíthető területre eshet, mint például ebben a 2015-ös videóban, ahol egy tóba esett a doboz, egy vidra legnagyobb meglepetésére – szerencsére sem a kamerának, sem a felvételnek és az ijedtségen kívül a vidrának sem lett semmi baja.

Megjegyezzük még, hogy több egyetemen is foglalkoznak hasonló tudományos projektekkel, ezeket itt most nem ismertetjük [talán majd egy következő bejegyzésben, a visszajelzések alapján, meglátjuk... – a szerk.].

2014-es Index–Időkép-projekt

2014. április 28-án az Index és az Időkép csapata indított útnak egy ballont a budapesti Citadella melletti parkból, a Messer Hungarogáz és a MyActionCam.hu szponzorálásával. A doboz (egy 3 centiméter vastag hungarocell gömb) tartalmazott egy APRS-jeladót, három mobiltelefont (a három különböző szolgáltató SIM-kártyájával), egy GoPro Hero3 kamerát. A ballon menet közben többször irányt váltott, hol dél-délnyugat felé, hol kelet-délkelet felé sodródott. Egy darabig úgy tűnt, hogy a visszatérő doboz a Dunába fog zuhanni. A tényleges útvonal egy zivatarfelhő miatt 11 kilométerrel eltért a kiszámolt, tervezett úttól. A zivatarfelhőn áthaladó kamera esőcseppek és jégszemek ezreit rögzítette, hallani a felvételen az eső és a jég kopogását. Az emelkedési sebesség is jóval a tervezett alatt maradt, ez magában hordozta azt a lehetőséget, hogy a ballon túl sok időt tölt fent a levegőben, ez idő alatt az eszközök lemerülnek, vagy a fagytól tönkremennek. A ballon végül 26 kilométeres magasságban kidurrant, majd a Ráckevei (Soroksári)-Dunától 70 méterre ért földet egy szántóföldön.

kepkivagas_ballon12.PNG

A ballon útvonala
Forrás: Index.hu / Kolbert András

Az előkészületek és a felengedés:

A ballon nyomonkövetése:

A ballonnal utazó kamera által rögzített felvételek:

2017-es Piaristák az űrben projekt

Egy, az Országos Meteorológiai Szolgálattól megvásárolt ballont 2017 nyarán öt gimnazista diák engedte fel Tihanynál. A kamera 24 kilométer magasságig emelkedett, miközben oldalirányban mintegy 102 kilométert sodródott kelet felé. A földetérés helyét pontosan kiszámolták, az előrejelzés kevesebb mint 5 kilométert tévedett. A ballon kamerája útja során látványos fotókat készített a Balatonról. A szükséges eszközök beszerzését a Piarista Diákszövetség támogatta. A beszámolók szerint az elsődleges GPS-nyomkövető nem bírta ki az utat, elromlott, de szerencsére gondoskodtak tartalék nyomkövetőről is, a projektet végül ez mentette meg. A dobozt a Dunától 4 kilométerre, egy út melletti gabonatáblában találták meg.

kepkivagas_ballon15.PNG

Cseh Domonkos, Dessewffy Domonkos, Fehér Balázs, Illyés András és Tomka Benedek a megtalált dobozzal
Forrás: Piaristák az űrben projekt

Az, hogy az öt diák esetében jóval többről van szó, mint puszta szórakozás, jól mutatja, hogy ugyanezek a fiatalok egy évvel később, 2018-ban az Európai Űrügynökség (ESA) versenyének döntőjében 18 európai csapat és egy japán vendégcsapat közül egyedüliként kaptak technikai különdíjat, ahol a feladat egy konzervdoboz méretű műhold megépítése volt, a feladat részeként az irányított leszállás kidolgozásával. Az eszköznek ki kellett bírnia egy ejtési próbát, a felbocsátás után méréseket kellett végeznie, és adatokat továbbítania.

A ballonos repülésről készített, kommentár nélküli felvételek – csodálatos képek:

2017-es Pamkutya-projekt

A Pamkutya kalandok nevű sorozat egyik videójában, a Telenor támogatásával készültek ballonos felvételek. A héliumos ballont Budapesten engedték fel, majd körülbelül 120 kilométernyi sodródás után valahol a Tisza-tó mellett, egy szántóföldön találták meg (az előrejelzés ettől északkeletebbre, a Hortobágyra becsülte a földetérés helyét). A dobozba egy vésztöltővel ellátott telefont, két kamerát (az egyik felfelé, a másik oldalra nézett), és egy jeladót tettek. A GoPro kamerával rögzített felvételek 10:26-tól láthatók, a videón többek között jól látszik a ballon kidurranása is:

kepkivagas_ballon14.PNG

A ballon tervezett útvonala a predict.habhub.org előrejelzése szerint
Forrás: Pamkutya kalandok projekt

2016-os Cat in space projekt

Végül, de nem utolsó sorban a megszámolhatatlan külföldi példából (többé-kevésbé találomra) egyet választottunk ki, ezt a macskásat:

Hamarosan folytatjuk a második résszel...

Fent vagyunk a Facebook-on: Aranykerék.blog
Csatlakozz, hogy értesülj a folytatásról és az újabb bejegyzésekről.

Ajánljuk a blog többi cikkét is: Aranykerék blog

Felhasznált és ajánlott irodalom

  • 777blog.hu: Lélegzetelállító piarista felvétel a Balatonról, 2017. június 19. (hivatkozás)
  • Időkép: Ismét a világűrben jártunk, 2014. április 30. (hivatkozás)
  • Index: Ballont eresztettünk a pesti zivatarba, 2014. április 30. (hivatkozás)
  • Kaymont.com (hivatkozás)
  • Predict.habhub.org (hivatkozás)
  • Űrvilág: A HunSat csapat beszámolója a 2018-as ESA CanSat döntőről, 2018. július 20. (hivatkozás)
  • Vissy Károly Meteorológiai Iskola (met.hu): A légkör összetétele, szerkezete (hivatkozás)
  • A fent megadott Indavideo és Youtube videók.
  • A Piaristák az űrben és a HunSat csapat Facebook-oldala.
  • A Wikipédia hivatkozott cikkei (Kármán-vonal, Sztratoszféra, stb.)

A bejegyzés trackback címe:

https://aranykerek.blog.hu/api/trackback/id/tr5114567224

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

bratya 2019.01.20. 05:42:42

Engem az érdekelne, hogy hol lehet szerezni ballont, és mennyi egy ilyen "akciónak" a költsége. Ballon, gáz, kamera, műszerek stb.

Aranykerék 2019.01.20. 17:38:09

@bratya:
Biztos voltam benne, hogy valaki meg fogja kérdezni. :-)

Azzal együtt szándékosan nem akartam a cikkben erre kitérni. Egyrészt nem akartam egyik gyártónak vagy forgalmazónak sem reklámot csinálni, másrészt egy Google-kereséssel viszonylag könnyen utána lehet nézni az éppen aktuális ajánlatoknak, áraknak.

Széles skálán mozoghat a végső ár: A 10 grammos lufitól a 3000 grammos óriásballonig bőséges a választék. Az eszközöknél szintén nem lehet konkrét árat mondani, attól függ, hogy mit és mennyit választunk. Számolni kell a héliummal is, ami önmagában komoly tétel.