Введение

Тип аэростата, который приобретает подъёмную силу за счёт воздуха, нагретого Солнцем.

Солнечный аэростат – это аэростат, который получает подъёмную силу, когда воздух внутри нагревается солнечным излучением, как правило, с помощью чёрного или тёмного материала оболочки. Нагретый воздух внутри солнечного аэростата расширяется и имеет меньшую плотность, чем окружающий воздух. Таким образом, солнечный аэростат аналогичен воздушному шару с подогретым воздухом. Применение солнечных аэростатов в основном ограничено рынком игрушек, хотя было предложено использовать их для исследования планеты Марс, и некоторые солнечные аэростаты достаточно велики для пилотируемого полёта. Для спуска и сдувания в верхней части можно открыть клапан для выпуска горячего воздуха.

Солнечное излучение

Инсоляция – это мера энергии солнечного излучения, полученной на заданной площади поверхности за определенный промежуток времени. Обычно она выражается как средняя облученность в ваттах на квадратный метр (Вт/м²). Прямая инсоляция – это солнечное излучение, измеренное в определенной точке на Земле элементом поверхности, перпендикулярным солнечным лучам, без учета диффузной инсоляции (солнечного излучения, рассеянного или отраженного компонентами атмосферы). Прямая инсоляция равна солнечной постоянной минус атмосферные потери, вызванные поглощением и рассеянием. В то время как солнечная постоянная изменяется в зависимости от расстояния между Землей и Солнцем и солнечных циклов, потери зависят от времени суток (длина пути света через атмосферу зависит от угла возвышения Солнца), облачности, содержания влаги и других примесей. В течение года среднее солнечное излучение, достигающее верхней границы атмосферы Земли, составляет примерно 1366 Вт/м² (см. солнечная постоянная). Мощность излучения распределена по всему электромагнитному спектру, хотя большая часть энергии приходится на видимую область спектра. Солнечные лучи ослабевают при прохождении через атмосферу, что снижает инсоляцию на поверхности Земли примерно до 1000 Вт/м² для поверхности, перпендикулярной солнечным лучам на уровне моря в ясный день. Абсолютно черное тело поглощает все падающее на него излучение. Реальные объекты являются серыми телами, у которых способность поглощать равна их излучательной способности. Черный пластик может иметь излучательную способность около 0,95, что означает, что 95% всего падающего на него излучения будет поглощено, а оставшиеся 5% – отражены.

Равновесие

Система находится в равновесии, когда энергия, теряемая воздушным шаром посредством конвекции, излучения и теплопроводности, равна энергии, получаемой от солнечного излучения.

История

В 1972 году Доминик Майкл, британский архитектор и изобретатель множества солнечных устройств и проектов, изобрел и построил первый солнечный баллон с прозрачной внешней поверхностью и темными внутренними стенками, поглощающими тепло.

Лет с экипажем

Первый полёт человека на воздушном шаре, работающем исключительно на солнечной энергии, был совершён 1 мая 1973 года Трейси Барнсом на его шаре "Тетраэдр Барнса Solar Firefly". Этот шар был изготовлен из спиральной трубки ткани, сформированной в тетраэдр. Доминик Майкаэлис считается владельцем первого в Европе воздушного шара, работающего исключительно на солнечной энергии. На этом шаре Джулиан Нотт совершил перелёт через Ла-Манш. Согласно записям FAI, 6 февраля 1978 года иранец Фредерик Эшу также совершил полёт на воздушном шаре Sunstat, использующем солнечную энергию. В нём была применена стандартная конструкция воздушного шара, но с использованием прозрачного пластика с одной стороны, что позволяло солнечному излучению отражаться от внутренней поверхности и нагревать воздух внутри.

Первый полет в Антарктике на солнечном воздушном шаре

Первый 100% солнечный зонд для изучения космической погоды, названный Ballon ORA, был запущен в январе 2011 года с французской антарктической станции Dumont d'Urville совместной командой студентов, ученых и инженеров. Целью было оценить возможность использования солнечных шаров в качестве зондов в удаленных районах, где экономия на использовании подъемного газа – гелия или водорода – была бы особенно важна. Полет прошел успешно, достигнув высоты около 46000 футов (14021 м). Экономия касается не только самого подъемного газа, но и необходимости транспортировки тяжелых газовых баллонов туда и обратно.

Использование в планетарных исследованиях

Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института провела исследование возможности использования солнечных аэростатов на нескольких планетах и спутниках Солнечной системы, заключив, что они являются жизнеспособным вариантом для Марса, Юпитера и Сатурна.

Безопасность

Местные или национальные органы управления воздушным пространством могут потребовать разрешения на планирование полетов и использование воздушного пространства. Пилотируемые полеты сопряжены с особыми рисками. Неожиданные облака представляют серьезную опасность, аналогичную полету на обычном воздушном шаре без резервного топлива. Солнечные аэростаты могут быстро снижаться при охлаждении, поэтому балласт имеет решающее значение.