¿Qué se necesitaría para que un globo alcance una altitud de 65 km (214 000 pies) sobre el nivel del mar de la Tierra?

Una especie de pregunta de seguimiento a ¿Podría un globo de helio en Marte y en Tritón flotar a presiones de aire más bajas que en la Tierra debido a las bajas gravedades de los cuerpos? . Como se indica en la pregunta vinculada, lo más alto que ha llegado un globo de helio sobre la Tierra es de unos 53 km (en realidad más alto: 176,200 pies). Para que un globo alcance la mesosfera, debe tener mucho volumen, una carga útil lo suficientemente pequeña y debe ser de cierto material. ¿Es posible desde un punto de vista realista llegar a 65 km o 214 000 pies de la Tierra y qué requisitos tendría que cumplir un globo de este tipo?

Esta pregunta se trata de empujar los límites del vuelo en globo más cerca de la línea de Kármán y el umbral del espacio. Las preguntas sobre los globos y el vuelo en globo son el tema principal aquí, ya que se utilizan habitualmente como plataformas para la exploración espacial:

y a veces discutido como plataformas de lanzamiento:

y para la enseñanza de las ciencias:

y para el desarrollo de trajes espaciales:

"aviation.SE porque la aviación se trata más bien de aviones de ala fija" Ese es un problema real allí. En realidad, es peor: avión implícitamente significa avión fijo tripulado en Aviation.se.
Esta pregunta es completamente sobre vuelo atmosférico y no tiene nada que ver con la exploración espacial. Los globos crean sustentación a través de la flotabilidad y no funcionan en el espacio. El hecho de que la pregunta pueda ser rechazada en Aviation.SE no la hace adecuada para este sitio.
@DrSheldon vea editar, creo que hay suficientes precedentes para mantener este, así que vote para dejarlo abierto
Votar para mantener abierto.
@uhoh Gracias por ampliar mi pregunta.
@DrSheldon Hace unos días una empresa llamada "Space Perspective" anunció un globo llamado "Spaceship Neptune" para vuelos turísticos. El globo debe alcanzar una altitud máxima de 100 000 pies (30 km), menos de la mitad de la altitud mencionada en mi pregunta. google.com/…
Esta pregunta no es sobre el espacio. uhoh debería saber mejor que el espacio no se trata de grandes altitudes; se trata de lograr la velocidad orbital. La presencia de preguntas previas sobre globos, o un globo con un nombre de "nave espacial", no hace que todas las preguntas sobre globos sean sobre el tema. Preguntas anteriores sobre globos han encontrado un gran escepticismo en este sitio. Esta pregunta no tiene conexión con la exploración espacial y debe cerrarse como fuera de tema .
@DrSheldon ¿Nunca ha oído hablar de vuelos espaciales suborbitales? Y, como uhoh y yo dijimos, la línea de Kármán depende de la masa y la gravedad del planeta, no solo de la atmósfera del planeta. Por lo tanto, no es bueno usarlo como frontera aire-vacío.
@LoveForChrist dado que su pregunta es específica de la Tierra, se aplica la línea Karman de la Tierra de 100 km.
@DrSheldon La exploración del espacio puede ocurrir en el suelo, en la atmósfera o en el espacio. Las preguntas vinculadas demuestran eso; las preguntas no tienen que ser solo sobre cosas que suceden en el espacio, deben estar relacionadas con la exploración del espacio de alguna manera. También debe "saber mejor" que proponer una prueba de altitud estricta para la actualidad de una pregunta. Si quiere votar para cerrar, hágalo porque no cree que la pregunta se relacione con la exploración del espacio, pero en serio, cuanto más alto puede llegar un globo, más exploración espacial se puede hacer con la instrumentación transportada por globos.
@DrSheldon Por ejemplo, ¿cómo los propulsores tangenciales para la prueba LDSD de 2014 giraron hacia arriba y luego giraron hacia abajo tan bien? es completamente suborbital y sub-karman y, sin embargo, está 100% en el tema.
Los vuelos atmosféricos y los vuelos espaciales son exactamente tan borrosos como la atmósfera y el espacio. La pregunta está claramente suficientemente relacionada con el espacio para permanecer.
@DrSheldon Acabo de ver esto y recordé nuestra discusión aquí :-) La NASA enviará un globo del tamaño de un estadio hacia el cielo para estudiar el cosmos y la misión de la NASA estudiará el cosmos con un globo estratosférico Incluso en 2020, los globos se usan para la exploración espacial; QED

Respuestas (2)

Los globos aerostáticos a gran altura son una especie de área gris en lo que respecta a la exploración espacial, porque no pueden salir de la atmósfera, pero suben lo suficientemente alto como para experimentar condiciones similares al espacio (por ejemplo, la presión es muy baja y es muy caliente en el lado iluminado por el sol y frío en el lado sombreado). Los experimentos con globos miden cosas que normalmente asociarías con los satélites y se usaron para probar el equipo y el desempeño humano en preparación para el vuelo espacial (piensa en el Proyecto Manhigh). Antes de Mercurio, el programa espacial de EE. UU. consistía básicamente en globos de gran altitud.

La NASA alcanzó un récord reciente el 17 de agosto de 2018, a 48,5 km, que está por debajo del límite para el "espacio", pero bastante alto. Eso se atribuyó a su "enorme tamaño y delicada piel". Eso resume bastante bien los globos de gran altitud. Este era un globo de polietileno de 60 millones de pies cúbicos, 20 acres de material, con un espesor que es "un poco menos que el espesor de una envoltura de plástico de cocina".

El peso de la carga útil es importante, pero el peso dividido por el volumen del globo es el límite teórico cuando se puede asumir una carga útil con masa cero. Eso significa que debe hacer que el globo sea más grande y que el material sea más delgado, pero aún capaz de manejar las tensiones de transportar la carga útil Y soportar la cizalladura del viento, a bajas temperaturas, sin rasgarse. Probablemente también valga la pena señalar que a medida que el globo asciende y la presión atmosférica cae, el gas helio del interior se expandirá y podría rasgar la piel si no se regula.

Editar: Yo había dicho,

La densidad del aire a 48,5 km es de alrededor de 0,0010 kg/m 3 , a 60 km es de alrededor de 0,00031 kg/m 3 . Así que aumenta el tamaño del globo por un factor de 3,3.

Pero eso no tuvo en cuenta el aumento de material. El volumen aumenta con el radio al cubo, mientras que el área de la superficie y el material aumentan con el radio al cuadrado, por lo que es una extrapolación factible, pero no sé la densidad del área del polietileno. El artículo citado no lo da, ni el peso.

Su flotación se escala con el radio cúbico, mientras que el área de superficie y el peso se escalan con el cuadrado del radio. En otras palabras, necesitas un globo grande.

Sorprendentemente, nos hemos vuelto increíblemente buenos en la construcción de globos arbitrariamente grandes. Cabe destacar, hace relativamente poco tiempo, la NASA Big 60 (anuncio de la NASA aquí) .

el globo científico alcanzó una altitud máxima de 161.000 pies (49 kilómetros) y con un volumen de 60 millones de pies cúbicos (1,7 millones de metros cúbicos), fue el globo más grande jamás lanzado con éxito.

A 50 km, el aire es aproximadamente un gramo por metro cúbico, por lo que un globo de 1,7 millones de metros cúbicos se traduce en una flotación de aproximadamente 1700 kg, lo que le permite transportar una carga útil de 690 kg. Es muy posible que suba 15 km más si reduce la carga útil.

Su respuesta también es muy buena, acepté la de Greg porque entra un poco más en detalles y está ampliada.
¿Qué se necesitaría para que un globo alcance una altitud de 65 km (214 000 pies) sobre el nivel del mar de la Tierra?
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