Кіріспе

Ғылыми зерттеулер үшін қолданылатын салыстырмалы тұрақты қысымды шар. Асық қысымды шар (АҚШ) – бұл аэростатикалық шардың бір түрі, онда шардың көлемі сыртқы орта қысымы мен ішіндегі көтеру газының температурасы өзгергеніне қарамастан салыстырмалы түрде тұрақты сақталады. Бұл шардың ұзақ уақыт бойы тұрақты биіктікте қалуына мүмкіндік береді. Бұл, көбінесе қолданылатын, көтеру газымен жартылай толтырылған немесе серпімді материалдардан жасалған, көлемі өзгеріп отыратын шарлардан өзгеше. Сондай-ақ, «құмшекер» немесе ультра ұзақ қашықтыққа арналған шарлар (ULDB) деп те аталатын, мұндай шарлардың жабық қабықшасы ұшу биіктігінде құмшекер пішінін алады.

Операция

Өзгермелі көлемді шарда көтеру газының көлемі күндізгі цикл кезінде қызу мен салқындауға байланысты өзгереді. Шардың ішіндегі парниктік эффект бұл циклды күшейтеді, ал айналағы атмосфералық газға температураның өзгеруі шектеулі болады. Көтеру газы қызып, кеңейгенде ығыстырылған атмосфералық газдың көлемі артады, шардың салмағы тұрақты болады. Оның көтерілу күші артады, егер газ шығару арқылы теңестірілмесе, биіктік көтеріледі. Шар салқындап, төмен түскенде балласты босату қажет. Баласт пен газдың мөлшері шектеулі болғандықтан, өзгермелі көлемді шардың биіктігін тұрақтандыру мүмкіндігі де шектеулі. Керісінше, артық қысымды шар биіктіктегі өзгерістерді өтемақысыз, аз өзгерістермен бастан кешіреді. Шардың көлемі шектеулі болғандықтан, оның ығыстыратын ауа көлемі де шектеулі. Архимед принципіне сәйкес, шарға әсер ететін жоғары бағытталған күш ығыстырылған қоршаған орта газының салмағына тең. Бұл жағдайда қоршаған орта газы – шардың ығыстырған атмосфералық газы. Шар көтерілген сайын ығыстырылған атмосфералық газдың салмағы азаяды, себебі атмосфера тығыздығы биіктікпен бірге кемиді. Сондықтан шарды жоғары итеруге қабілетті күш биіктікпен азаяды және белгілі бір биіктікте жоғары бағытталған күш шардың салмағына тең болады. Нәтижесінде шар ұзақ уақыт бойы шекті тепе-теңдік биіктік диапазонында тұрақты болып қалады. Алайда, мұндай шарлар қысымсыз шарларға қарағанда мықтырақ материалдарды қажет етеді.

Қолданбалар

Суперқысымды шарлар (SPB) әдетте жоғары атмосферадағы ұшқышсыз ғылыми эксперименттердің өте ұзаққа созылатын ұшулары үшін қолданылады. 1985 жылы мұндай шарлар Венера атмосферасында шамамен 20 метр биіктікте ұшатын аэроботтар үшін халықаралық, кеңестік басшылықтағы Вега бағдарламасында пайдаланылды. 1974 жылдың ақпан айында полковник Томас Л. Гатч-младший, USAR, «Жай жүрек» деп аталған суперқысымды шармен Атлантика мұхитын шармен кесіп өтуге әрекеттенді. Көтерілуді қамтамасыз еткен он шардың кем дегенде екеуі жоғалып кетті, сондай-ақ полковник Гатч реактивтік ағынды пайдаланып жоспарлаған бағытынан айтарлықтай ауытққаннан кейін «Жай жүрек» соңғы рет Канар аралдарының батысында байқалды; ұшақтың басқа да іздері табылған жоқ. 2015 жылдың наурыз айында NASA 32 күн бойы Жаңа Зеландиядан 110 000 фут (33 528 м) биіктікке SPB ұшырып, ағып кету анықталғаннан кейін Австралияға қондырды. Бұл SPB-нің күндіз және түнде ұзақ уақыт бойы ұшуының алғашқы реті болды. Толыққанды ісірілген кезде ол футбол стадионының көлеміне тең болатын. Google-дың Loon жобасы 300 күннен астам ұшуға қол жеткізу үшін биіктігін басқарылатын суперқысымды шарларды пайдаланады. SPB TRAVALB 2 Антарктикадағы МакМурдо станциясындағы LDB лагеріндегі NASA-ның ұзақ мерзімді шардан (LDB) ұшырылғаннан кейін 149 күн, 3 сағат және 58 минут бойы әуеде қалып, бұрынғы Антарктика шарларының ұшуларын арттырып, рекордты жаңартты. Операцияны Ұлттық ғылым қоры және АҚШ Антарктика бағдарламасы қолдады. Travalb 1 ұшыруы тоқтатылғаннан кейін Travalb 2 2019 жылдың 29 желтоқсанында Антарктидада NASA шарларының траекториясын болжауды сынау және Жердің сәулелену белдеулерінен электронды жоғалтуларды зерттеу үшін ұшырылды. Суперқысымды шармен жабдықталған бейнелеу телескопы (SuperBIT) 2022 жылдың наурызында NASA-ның SPB жүйесінен 30 күндік ұшуға дайындалды. Жаңа Зеландияның Уанака қаласынан ұшырылған SuperBIT, SPB мүмкін еткен күндізгі және түнгі циклдарды пайдаланып, стратосферадан ғарыш сапалы, дифракциялық шектеулі суреттер алуды жоспарлап отыр. 2023 жылдың басында АҚШ арқылы өтіп бара жатқан қытай тыңшы шар NASA-ның бұрынғы шарлары сияқты суперқысымды шар болды.