气象气球发射:100,000英尺的培根怎么办?

气象气球发射:100,000英尺的培根怎么办?

为了开始我们的气象气球发射之旅,我从YouTube上快速搜索了“气象气球发射”开始,获得了超过17,000个结果。令我赞叹的是令人难以置信的画面,尤其是人们发送到平流层的那些东西:彩球,棉花糖,人物雕像,培根,板球,啤酒,甚至是汉堡包!您可以查看“人类向平流层发送的10件事”的录像 这里 .

是的,那是太空中的羊排。

是的,那是太空中的羊排。

我们的项目

作为圣安东尼奥学校社区的STEM项目总监,我参与了天气气球发射工作。我为中学生管理几个课后空间和机器人程序。在一所学校,每个星期五下午有50多名7年级和8年级学生聚会,讨论科学话题或从事项目研究。今年,最大的活动是发射了一个气象气球,自10月以来,学生们一直在进行研究和准备。该计划由2位理科老师和我本人领导,这真是一次美妙的经历!

介绍

为了首先向学生介绍该项目,我们播放了一些视频以获取启发。正如我提到的,几乎所有您能想到的东西都已启动,这是我的一些最爱:

我们还展示了这些令人敬畏的人类从太空边缘跳下来的片段:

既然学生们很兴奋,那么首要任务就是了解发射的机制和所涉及的所有组件。我通过询问学生对诸如“气球为何漂浮”或“气球会升至多高”等主题的初步想法来介绍这些信息,然后讨论答案。要解决的重要主题: 

气球为什么漂浮?

一旦充满了适量的氦气,乳胶气球就会漂浮,氦气的密度低于我们大气中的空气。换句话说,只要氦气和气球乳胶的重量比其置换的空气轻,气球就会漂浮。这也可以用向上推的浮力变得大于气球和氦气的重量来解释。可以找到显示此内容的简单动画 这里 。密度的概念也可以用氦气密度小于大气中主要氮气和氧气的氦气来探讨。底线:我们需要足够的氦气来提供足够的浮力来提升有效载荷。

向上移动会发生什么?

当气球到达大约100,000英尺时,它将弹出!为什么?随着气球向上行进,它将承受越来越少的压力。这导致气球的氦膨胀并拉伸气球的乳胶皮。为了更深入地了解,您可以介绍理想的气体定律方程(PV = nRT)。当气球在大气中上升时,周围的温度会下降,压力会下降,因此根据理想的气体定律方程,必须增加体积以补偿这种变化。然后会发生什么?体积持续增加,直到最初直径为6英尺的气球伸展到30英尺并破裂!

我们将如何取回气球?

爆发后,剩余的有效载荷将开始坠落回地面。没有任何东西可以摔倒,一切都将以124 mph的终极速度撞击地面!这样的速度会破坏有效载荷中的任何东西,因此使用降落伞来降低下降速度。它的安装方式使飞行器在降落过程中保持降落伞关闭,但是当气球破裂并且空气坠落时,空气冲过降落伞时,材料将被迫打开并减缓坠落。这个问题的第二部分实际上是找到气球。有效载荷可以行进一段距离,因此必须安装可靠的跟踪设备。

合法吗

是!无人气球,火箭(包括烟火)和风筝的飞行均受美国联邦航空管理局(FAA)通过联邦航空法规(FAR)第101部分A子部分的约束。最重要的安全措施是:

  1. 当在飞行中追踪高海拔天气气球时,任何人都不应为此目的使用手机。

  2. 有效负载不得超过每平方英寸包装重量与尺寸之比3盎司。

  3. 任何有效载荷包装的最大重量为6磅。

  4. 所有有效载荷的总重量(不包括气球的重量)不应超过12磅。

  5. 所用的绳索或电缆所承受的力不应超过50磅,以将有效载荷包装与气球分开。

  6. 发射不应对他人和财产造成任何危害。

  7. 出于安全原因,任何人都不应使用高空气象气球来掉落滑翔机和弹丸之类的物体。

如上所述,遵循这些条件存在重量限制。每个有效负载6磅的限制将是关键的工程约束,它将影响船上的设备以及学生想要包括的任何其他材料。

在介绍和背景信息之后,有趣的部分将从设计和构建有效负载开始!下一篇文章将描述我们的学生从概念到最终发布的过程。

-娜塔莎


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