Кіріспе

Күн сәулесімен қыздырылған ауадан жүзу қабілетін алатын аэростат түрі – Күн шары. Күн шары ішіндегі ауа күн сәулесімен қызған кезде, әдетте қара немесе қою түсті шар материалының көмегімен жүзуге көтеріледі. Қызған ауа кеңейіп, сыртқы ауадан жеңіл болады. Осылайша, Күн шары ыстық ауа шарына ұқсас. Күн шарлары көбінесе ойыншық ретінде қолданылады, бірақ оларды Марс планетасын зерттеу үшін де пайдалануға болатыны ұсынылған, ал кейбір үлкендері адамды көтеруге қабілетті. Төбесіндегі тежегіш клапанды ашу арқылы ыстық ауа шығарылып, шар құлдыратылады.

Күн сәулесі

Инсоляция – белгілі бір уақытта белгілі бір бетке түскен күн сәулесі энергиясының өлшемі. Ол әдетте шаршы метрге шаққандағы орташа сәулелену қуаты (Вт/м²) ретінде беріледі. Тікелей инсоляция – бұл Жер бетіндегі белгілі бір нүктеде, күн сәулелеріне перпендикуляр бет элементімен өлшенген күн сәулесі, диффузды инсоляцияны (аспандағы атмосфералық компоненттер таратып немесе шағылыстырған күн сәулесі) ескермейді. Тікелей инсоляция күн тұрақтысынан атмосферадағы сіңіру және таралудан туындаған жоғалтуларды алып тастағанға тең. Күн тұрақтысы Жер-Күн арасындағы қашықтыққа және күн циклдарына байланысты өзгеретін болса, жоғалтулар күнің уақытына (күннің биіктік бұрышына байланысты атмосфера арқылы жарық сәулесінің ұзындығына), бұлттылыққа, ылғалға және басқа да қоспаларға байланысты. Жыл бойы Жер атмосферасының үстіне келіп түсетін орташа күн сәулесі шаршы метрге шамамен 1366 ваттты құрайды (күн тұрақтысын қараңыз). Сәулелену қуаты электромагниттік спектрдің барлық диапазонында таралады, бірақ қуаттың көп бөлігі спектрдің көрінетін жарық бөлігінде шоғырланған. Күн сәулелері атмосфера арқылы өтетін кезінде әлсірейді, осылайша теңіз деңгейінде күн сәулелеріне перпендикуляр бетке түсетін инсоляцияны шамамен 1000 ватт/метр квадратқа дейін төмендетеді. Идеал қара дене оған түсетін барлық сәулелерді сіңіреді. Шын дүниедегі заттар сұр денелер болып табылады, олардың сіңіру қабілеті эмиссивтігіне тең. Мысалы, қара пластик шамамен 0,95 эмиссивтілікке ие, яғни оған түсетін барлық сәулелердің 95 пайызы сіңіріледі, ал қалған 5 пайызы кері шағылысады.

Теңгерім

Жүйе тепе-теңдікте болады, егер шардан конвекция, радиация және жылу өткізу арқылы жоғалған энергия, Күннен алынған радиацияға тең болса.

Тарих

1972 жылы британдық архитектор Доминик Майклз, көптеген күнмен жұмыс жасайтын құрылғылар мен жобалардың авторы, алғашқы күн шарын ойлап тауып, құрастырды. Оның сыртқы беті мөлдір, ал ішкі қабырғалары қара түсті және жылуды сіңіретін болды.

Адаммен ұшу

Бірінші адам таза күн энергиясымен ұшуды 1 мамыр 1973 жылы Трейси Барнс өзінің "Барнс күн шары Тетраэдрі" шарында жасады. Бұл шар спираль түріндегі матадан жасалған және төртбұрыш пішінді болды. Доминик Михаэлис Еуропадағы алғашқы таза күн энергиясымен жұмыс істейтін шардың иесі ретінде тіркелген. Бұл шарды Джулиан Нотт Англия арнасынан ұшырып өткізді. FAI үшін жиналған мәліметтерде 1978 жылдың 6 ақпанында ирандық Фредерик Эшу да Sunstat деп аталған шарында күн энергиясымен ұшқандығы көрсетілген. Бұл стандартты шар дизайнын қолданды, бірақ бір жағы мөлдір пластиктен жасалған, бұл күн сәулесінің ішкі бетке шағылысып, ішкі ауаны қыздыруына мүмкіндік берді.

Күн сәулелі ауа райы шарымен Антарктикаға алғаш рет ұшу

Алғашқы 100% күн энергиясымен жұмыс істейтін метеозонд, Ballon ORA деп аталды, 2011 жылдың қаңтар айында студенттер, ғалымдар және инженерлердің бірлескен тобы француз Антарктикасының Дюмон д'Урвилл станциясынан ұшырды. Мақсаты – күн шарына қашық аймақтарда метеозонд ретінде қолдану мүмкіндігін бағалау болды, онда гелий немесе сутегі сияқты көтеру газын үнемдеу маңызды болар еді. Ұшу сәтті аяқталды, шамамен 46000 футқа (14021 м) жетті. Үнемдеу тек газдың өзімен ғана шектелмейді. ORA шары ауыр газ баллондарын тасымалдау қажеттілігін де азайтады.

Планеталарды зерттеуде қолдану

Калифорния технология институтының реактивтік қозғалтқыш зертханасы күн жүйесіндегі бірнеше планеталар мен спутниктерде күн шарының қолданылуына қатысты зерттеу жүргізіп, олардың Марс, Юпитер және Сатурн үшін пайдалануға жарамды екенін анықтады.

Қауіпсіздік

Жергілікті немесе ұлттық әуе кеңістігі органдары жоспарлау және әуе кеңістігін пайдалануға рұқсат алуды талап етуі мүмкін. Пилотты ұшулар ерекше тәуекелдермен байланысты. Күтпеген бұлттар қауіпті, олар резервтік отынсыз ыстық ауа шарымен ұшу сияқты қауіпті. Күн шары суығанда жылдам түсіп кетуі мүмкін, сондықтан балласт өте маңызды.