Что исследуют в стратосфере?

12 апреля мы отправим наш сервер в стратосферу. Скоро мы подробно напишем о технической начинке нашего проекта «Космический ЦОД». А пока хотим рассказать о том, для чего сегодня используют полёты в стратосферу.

Исследовательский стратостат NASA

И это не красивая метафора: сегодня граница атмосферы Земли принята на уровне 100—122 км. Космос гораздо ближе, чем нам кажется. Последний один процент воздуха «размазан» на остальные 70—90 км высоты. Однако уже на 30 км, в стратосфере, 99 % воздушной массы остаются ниже тебя. Поскольку именно стратосфера является «озоновым щитом», то в верхней её части гораздо выше уровень солнечной радиации. Для сравнения, на уровне моря среднее атмосферное давление составляет около 1000 миллибар, а на 30 км — порядка 12 миллибар. -10°С). Из стройной картины суровой почти безвоздушности выбивается только температура: от -75°С на 12 км она поднимается до 0°С на 45 км (иногда прогревается до такой температуры уже на 30 км, хотя обычно здесь -20...

То есть в верхней стратосфере можно задёшево проводить исследования и испытания, не тратясь на полноценный вывод в космос.
Несмотря на звание «предкосмоса», чаще всего стратосферу используют для… формирования прогнозов погоды. Из-за совокупности условий, диапазон высот 30—40 км сегодня иногда называют «предкосмосом» и активно используют для проведения всевозможных научных исследований, требующих минимального влияния атмосферы. Поэтому каждые сутки, в 12 и в 24 часа по единому времени, по всей планете запускают сотни метеозондов: это маленькие воздушные шарики, под которыми привязаны небольшие аппаратные блоки, которые по мере подъёма в стратосферу регистрируют температуру и влажность воздуха, скорость и направление ветра. Согласно современным представлениям, атмосферные процессы, протекающие в стратосфере, очень сильно влияют на погоду на Земле. К примеру, если сегодня воздушные массы движутся из Африки на северо-северо-восток, то при такой скорости этот атмосферный фронт через пару дней окажется в Европе, и так далее. Информация с метеозондов собирается в единую информационную систему и применяется в моделях прогнозирования погоды.

Также в стратосфере проводятся исследования, при которых атмосфера мешает, а выходить совсем за её пределы слишком дорого. И мешает атмосфера обычно астрономам. Ещё в 1950-е в США был запущен первый в мире стратосферный телескоп с диаметром главного зеркала 30 см, который сделал непревзойдённые на то время снимки солнечной короны. В 1966-м в СССР для съёмки нашего светила под стратостатом в полёт отправилась 8-тонна платформа с автоматической обсерваторией «Сатурн». Главное зеркало её телескопа было диаметром 50 см (хотя конструктивно он был рассчитан аж на метровое зеркало).

Также в стратосферу летали и летают телескопы, работающие в рентгеновском и инфракрасном диапазонах; для них влияние атмосферы гораздо пагубнее, поскольку она поглощает такие виды излучения.

Ещё из интересных задач можно вспомнить изучение серебристых облаков. Это редкое атмосферное явление, которое появилось порядка 130 лет назад, вскоре после извержения вулкана Кракатау. Серебристые облака образуются на высоте около 80 км, только с мая по сентябрь и только в высоких широтах. Они становятся видны лишь тогда, когда солнце почти село и находится в 6—16° над горизонтом.

Серебристые облака изучают с тех пор, как их впервые увидели в 1885 году. До сих пор точно не известно, откуда они берутся. По одной из версий, мельчайшая пыль от извержения вулкана попала в мезосферу, и её частицы в определённых условиях конденсируют на себе влагу и становятся видимыми. А несколько лет появилась свежая гипотеза, что это метан поднимается в верхние слои атмосферы, взаимодействует с космической пылью и превращается в кристаллики льда.

Условия там очень похожи на космические: давление в 100 раз ниже, чем на уровне моря, высокий уровень солнечной радиации, по мере подъёма очень сильный перепад температуры, что тоже характерно для космоса: разница между «солнечной» и «теневой» стороной может достигать 170 градусов. Большое подспорье стратосфера оказывает и в освоении космоса.

Карточка, используемая для перевозки бактерий на стратостате

Атмосфера Марса на поверхности примерно в 100 раз меньше земной, с более прохладными температурами и большим количеством радиации. Так во время одного из солнечных затмений NASA провело исследование поведения бактерий в среде похожей на Марс. Луна сдерживает выброс излучения и тепла от Солнца, блокируя определенные ультрафиолетовые лучи, которые менее распространены в атмосфере Марса, и еще больше понижая температуру в стратосфере. В нормальных условиях верхняя часть нашей стратосферы похожа на марсианские условия, а во время солнечного затмения сходство с Марсом увеличивается. В общем, стратосфера — отличная «песочница» для испытания различной техники и материалов.

Из-за шарообразности Земли дальность прямой радиосвязи на поверхности планеты ограничена примерно 27 км, это расстояние до горизонта. Ещё одно интересное направление стратосферных исследований — испытание спутниковых систем связи. А если поднять передатчик в стратосферу, то он будет «бить» уже на несколько сотен километров, этого вполне достаточно для натурных испытаний.

Также в стратосфере проводят биологические эксперименты: изучают способность различных живых организмов выживать в условиях высокого радиоактивного фона, который всегда сопровождает астронавтов за пределами нашей атмосферы.

Обычно они здесь бывают только проездом, когда их везёт ракета. А вот сами люди — редкие гости на высоте 30 км. Последний из них, самый нашумевший, это прыжок Феликса Баумгартнера с высоты больше 36 км. В 1950-60-х годах было совершено несколько сверхвысотных стратосферных парашютных прыжков, но за последние 40-50 лет таких было только два.

Удовольствие крайне дорогое: нужен большой стратостат, подъёмная капсула, скафандр с системой жизнеобеспечения — всё вместе это стоит миллионы долларов.

И в стратосфере изучают поведение полимерных композитов, из которых в будущем планируют выдувать (с последующим отверждением) целые помещения на орбите, Луне или Марсе. Наконец, одно из стратегических направлений в исследованиях — поиск конструкционных материалов, наиболее эффективных с точки зрения объёма, массы и прочности, поскольку одной из самых сложных и дорогостоящих задач в создании орбитальных и планетарных объектов, предназначенных для пребывания людей, является доставка с Земли крупных элементов конструкций. Также из свежего можно вспомнить исследование углеродоволоконного материала. Учёные выясняли, как материал вёл себя в ходе отверждения, с какой скоростью, какие свойства обрёл.

Конечно, наш новый проект «Космический ЦОД» обойдётся во много-много раз дешевле упомянутых экспериментов. Сейчас полным ходом идёт согласование запуска с ответственными инстанциями. Приехала большая часть оборудования, сервер собран и мы увязываем компоненты друг с другом.

Следите за новостями в блоге 🙂

Приглашаем Вас принять участие в нашем эксперименте и отправить свое сообщение 12 апреля на наш сервер в стратосферу.