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北極圈冬夜的高空氣球試驗


據斯瓦爾巴特群島朗伊爾城的訊息,在北極圈冬天的午夜時分,一個來自ISTAR公司的團隊與來自義大利和俄羅斯的人員一同在朗伊爾城發放了一個高空氣球。ISTAR坐落在美國俄勒岡州姐妹城,是一家專門從事氣球發放的公司。朗伊爾城位於斯瓦爾巴群島中最大的斯匹次卑爾根島的中央。

本次任務的目標是測試氣球系統在北極冬季的寒夜中進行長時間飛行的情況,作為2003年ISTAR聯合羅馬大學於斯瓦爾巴德開展的氣球專案的延續;計劃的最終目標是發展在北極圈長航時飛行的能力,為天文學、宇宙學、物理學和大氣觀測等重要科學分支帶來益處提供幫助。

有兩個因素使得在冬季極夜期間進行氣球飛行的專案非常具有吸引力:長時間沒有太陽輻射,同時冬季平流層溫度極低、環境穩定,是理想的天文測量環境。

這次發放操作由ISTAR的Steven Peterzén負責,同時得到了來自羅馬大學的Francesco Piacentini以及來自義大利國家火山學研究所(INGV)的Giovanni「Gianni」Romero的幫助。該團隊還得到了俄羅斯科學院應用物理研究所(IAP RAS)和下諾夫哥羅德州立技術大學(Nizhny Novgorod State Technical University n.a.)的支援。後者協助取得了飛經俄羅斯領空的許可。該專案的資金由Antartide的國家專案規劃局以及羅馬大學提供。

氣球飛行情況


氣球於國際標準時間2017年12月17日17:58從機場主跑道發放升空。從照片中可以看出,發射是在非常苛刻的條件下完成的。當時溫度為零下8攝氏度,風速約2-3米/秒,並且正在下著大雪。

為了協助氣球發放,試驗人員還使用了一個10,000立方米的繫留氣球氣球發放後升空狀態正常,最終於19:30到達了約33公里的平飛高度。

有效載荷重量13.5公斤,包括未來要使用的LSPE-Swipe平臺的幾個子系統。子系統包括為冬季氣球準備的能源系統,其基於鋰電池和用於溫度控制的氣凝膠絕緣裝置;用於冬季平流層環境的電子系統,包括飛行中止系統、通訊系統、跟蹤系統等;為下一代冬季平流層天文觀測準備的高度控制感測器以及運動處理單元;最後是一套銥星通訊系統。總掛載重量為17.6kg。

氣球升空後向南飛行,進入了陽光照射到的區網域,使得其高度由於超熱而開始升高。不過當它回到陰影區後又很快失去了高度。到了第二天,也就是12月18日,經過21小時的平飛後,氣球高度降低到了16.4公里。因此在15:56控制人員決定結束任務。載荷平穩地降落在瑞典北部阿維斯焦的一塊居住區。著陸點位於65°57'至18°37',海拔高度531米。


12月24日,來自Get Lost公司的一個團隊到達著陸點,有效載荷沒有受到損壞。在飛行過程中,感測器記錄到的最低溫度低至零下91攝氏度。

展望未來

一旦專案成立並且技術得到充分的發展和測試,一個名為大規模極化探測儀(LSPE)的儀器將首次進行冬季北極圈極晝長航時飛行。該儀器目前正由保羅·德·伯納迪斯教授領導下來自Dipartimento di Fisica和羅馬大學的團隊進行研發。

LSPE是一種球載的毫米波偏振計,旨在測量大角度範圍內的宇宙微波背景偏振。它的核心是用於偏振探測的短波長儀(SWIPE),這是一個斯托克斯旋光儀。其採用一個低溫(4開爾文)偏振調製器作為第一個光學元件,還包括一個50釐米光圈折射望遠鏡,一個分束偏振器以及兩個大型焦平面,在三個波長範圍內裝備有330個多模輻射熱測量計。

另一個要在該專案中發放的裝置是OLIMPO,也是由羅馬大學研發的,但是是由西爾維婭·馬西教授主持的。

OLIMPO是一個球載的毫米/亞毫米波望遠鏡,它使用宇宙微波背景(CMB)作為背光來研究宇宙中最大的結構。

它由一個2.6米直徑的初級端加上工作在150,220,350,480 GHz頻帶的四個低溫探測器陣列組成。這個量級相當於高頻下10米量級地面望遠鏡的解析度。通過利用平流層極好的透明度,OLIMPO可以使用差分光譜儀以30個獨立頻率檢測Sunyaev-Zeldovich效應。

與LPSE不同,OLIMPO將在夏季飛行。OLIMPO和LSPE專案都獲得了資助,並將由義大利航天局進行發放。

(非常感謝StevenPeterzén和Francesco Piacentini所提供的資訊和圖片。)


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