Por qué los globos pueden volar más alto, más lejos y durante más tiempo que los aviones

En mayo de 2002, un globo lanzado desde el Sanriku Balloon Center (SBC) en el norte de Japón, rompió silenciosamente todos los récords absolutos de altura que la humanidad había establecido.

Rápidamente superó la altura alcanzada por el primer ascenso exitoso en globo en 1783. Superó el vuelo en globo de 1901 que alcanzó los 10,8 km (35 433 pies) y condujo al descubrimiento de la estratosfera. Se deslizó más allá de todos los récords de altura jamás establecidos por cualquier tipo de avión, ya sea un helicóptero, un avión de hélice o un jet.

El globo incluso superó la altura récord alcanzada por el exejecutivo de Google Alan Eustace en 2014 cuando ascendió en globo a 135.899 pies (41,4 km) antes de salir de la cápsula y saltar en paracaídas a la Tierra.

Continuó ascendiendo, a través de los tramos superiores de la estratosfera hacia la mesosfera, que incluye la parte más fría de la atmósfera. Aquí, las temperaturas pueden descender a alrededor de -143C (-225F), más frías que cualquier temperatura jamás registrada en la superficie de la Tierra.

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El globo finalmente alcanzó una altura de 53 km (173 900 pies) sobre la superficie. Solo los objetos lanzados a través de cohetes o disparados desde cañones se han disparado más alto. Son los globos, en lugar de los aviones, los que han llevado a los humanos y sus instrumentos científicos más cerca de los bordes del espacio.

Estos dispositivos aeronáuticos aparentemente simplistas pueden llevar instrumentos y equipos a lugares donde ningún otro avión puede hacerlo y permanecer allí por más tiempo.

En los días posteriores al derribo de un presunto globo de vigilancia chino mientras se desplazaba a casi 18 km (60 000 pies) sobre los Estados Unidos, BBC Future analiza por qué los globos son a menudo la elección preferida de científicos, compañías de Internet, meteorólogos y otros. agencias de espionaje potencialmente gubernamentales.

¿Qué tan alto pueden llegar los globos?

Esos globos que alcanzan grandes altitudes, como el globo récord de 2002 o el globo chino que provocó el incidente diplomático con los EE. UU. este mes, son obviamente una raza diferente a los globos aerostáticos que se usan para los viajes de placer. ¿Qué se necesita para hacer que una embarcación sea capaz de llegar tan alto y mantenerse en pie una vez que está allí?

Un globo chino que flotó sobre los EE. UU. este mes provocó un incidente diplomático, aunque China negó que estuviera espiando (Crédito: Reuters)

Russ Van Der Werff, de Aerostar, fabricante estadounidense de globos aerostáticos a gran altura, tiene una idea mejor que la mayoría. Van Der Werff, el vicepresidente de soluciones estratosféricas de la compañía, es un ingeniero que dirige el equipo que diseña globos para usar kilómetros por encima del ámbito de los aviones comerciales. Raven Aerostar ha trabajado tanto en el sector comercial como en el de defensa, y diseñó los globos para el proyecto Loon de Internet de emergencia de Google. (Lea más sobre cómo los globos de Google sorprendieron a sus creadores).

Durante los últimos 10 años, Aerostar ha lanzado más de 3000 globos y ha refinado la forma en que los construye a lo largo del camino. "Hemos hecho diferentes formulaciones de plásticos. Y tenemos un par de cosas patentadas que usamos ahora que son significativamente mejores que las que usábamos hace 10 años. La otra cosa es cómo se une o se suelda ese plástico. juntos es un proceso especial en el que hemos puesto mucha iteración".

Estas mejoras no solo ayudan a que los globos vuelen más alto, sino que también los ayudan a permanecer en el aire por más tiempo. "Solo para darle una idea, Thunderhead, que es nuestra oferta comercial actual, hemos realizado vuelos de más de 150 días de duración con un solo globo ahora. Y con Loon, nuestro récord al final fue de 320 días. Así que esos son números que definitivamente no teníamos hace 30 años, y los materiales y las técnicas de fabricación han marcado una gran diferencia en esa duración de vida". El proyecto Loon se canceló en 2021, pero Van Der Werff dice que espera que su compañía pronto pueda lanzar un globo que permanecerá en el aire durante un año calendario completo.

El globo chino se derribó esta semana después de cubrir miles de millas del Pacífico y los EE. UU. continentales muestran las enormes distancias que tales globos son capaces de cubrir. La altura a la que pueden viajar también depende de qué tan bien esté hecho el globo que transporta la carga útil.

Mire el video de arriba para saber por qué los globos espía siguen siendo útiles en la era de los drones y los satélites.

La flota de globos de Loon, que lleva tecnología de comunicaciones que permitiría la cobertura móvil en áreas remotas o afectadas por desastres, fue diseñada para operar a una altura de 19 a 25 km (62 700 a 82 500 pies). Eso es el doble de la altura a la que vuelan la mayoría de los aviones, y considerablemente más alta que casi todos los jets militares, excepto los más especializados.

¿Qué llevan los globos de gran altura?

Dependiendo de cuál sea su misión, estos globos transportan cualquier cosa, desde equipos de medición científica hasta equipos de comunicaciones o, si el espionaje es su juego, sensores o cámaras para observar el suelo debajo de ellos. Es un entorno desafiante para el diseño de equipos, dice Van Der Werff. "Diseñar la electrónica para un globo es muy parecido al diseño de la electrónica para una nave espacial. La atmósfera a solo 90.000 pies (27,2 km) tiene una densidad de alrededor del 1 % aquí.

"Hace mucho frío allá arriba, bajaremos a menos -80C (-112F)", dice. "Pero lo que es divertido e interesante es que, por lo general, cuando las personas diseñan productos electrónicos para la estratosfera, en realidad tienen más problemas para mantenerla fresca que para mantenerla caliente, porque no hay [casi] aire allí arriba. Entonces, no puedes sopla un ventilador a través del disipador de calor para sacar las térmicas. La otra cara de ese desafío es que todo esto arranca y se pone en marcha en el suelo. Entonces, tienes que operar en ese entorno y luego hacer la transición a ese otro entorno [a 90,000 pies ], lo cual es un desafío".

Aerostar ha lanzado más de 3.000 globos de gran altura en los últimos años (Crédito: Aerostar)

Mantener esos instrumentos eléctricos funcionando a más de 20 km sobre la superficie de la Tierra tampoco es fácil. "La mayor parte de la aviación actual todavía funciona con combustibles fósiles", dice Van Der Werff. "Cuando quemas combustible para aviones, tienes mucha energía. La mayoría de los sensores electrónicos, los equipos de comunicación diseñados para aeronaves consumen mucha energía, porque la energía no es una gran limitación para la mayoría de las aeronaves".

Los instrumentos transportados por globos requieren una solución diferente.

"Tomamos toda nuestra energía a través de la energía solar durante el día, cargamos las baterías y luego pasamos la noche y las baterías", dice Van Der Werff. "Y luego, cuando maniobramos el globo hacia arriba y hacia abajo, usamos un compresor eléctrico que puede generar hasta 800 W. Hay una restricción de diseño real en cuanto al uso de energía para los sensores del kit, el kit de comunicaciones".

¿Cómo controlas un globo como este?

También es difícil cambiar el curso de un globo a tales alturas. Van Der Werff dice que la mejor manera es mover el globo hacia arriba y hacia abajo, donde puede aprovechar las propiedades únicas de la estratosfera. "Se llama estratosfera porque hay diferentes capas de diferentes propiedades atmosféricas allí. Lo que encontramos al volar todos esos globos es que en esas diferentes altitudes, en realidad hay bastante diversidad en la velocidad y dirección del viento. Tienes estas diferentes capas donde el viento sopla en diferentes direcciones".

Gran parte de esto se desconocía hasta hace unas décadas, y los científicos e ingenieros están utilizando algoritmos en un intento de predecir los patrones del viento estratosférico.

Significa que si bien un globo no puede "vagabundear" como lo hace un avión volando en un patrón de pista de carreras alrededor de un punto fijo, puede aprovechar los diferentes patrones de vientos entre estas capas.

Algunos de los globos de Steve Randall han viajado hasta 500 millas (800 km) (Crédito: Steve Randall)

"Si puedo modelar y predecir con precisión la diversidad del viento en esas diferentes capas de la estratosfera, entonces puedo cambiar las altitudes y persistir en un área", dice Van Der Werff. "Y siempre que esté lo suficientemente cerca de lo que estoy tratando de medir, observar, comunicar, incluso si estoy deambulando casi sin rumbo alrededor de ese punto objetivo, estoy proporcionando un efecto útil".

El costo

Los globos son mucho más baratos que un satélite enviado a través de un cohete, lo que los hace no solo comercialmente viables, sino también dentro del ámbito de los entusiastas aficionados dedicados.

Steve Randall es uno de ellos. Durante los últimos 15 años, envió más de 200 globos desde cerca de su casa en el este de Inglaterra y ayuda a administrar la empresa de globos aerostáticos Random Engineering. El ingeniero jubilado, que anteriormente construyó cohetes caseros, dice que parte del atractivo es que es lo más cerca que un miembro común del público puede llegar a tocar el espacio.

"El tipo de globo de látex típico probablemente llega a unos 100.000 pies (30,48 km)", dice. "Mi vuelo más alto fue de 45 km (147 638 pies). Eso te da una idea de lo que se puede lograr". Los vuelos más altos son posibles, como lo demostraron los japoneses en 2002, pero eso tiene un precio más alto.

"Un globo de látex típico simplemente asciende y el globo se hace más grande porque la atmósfera se vuelve cada vez más delgada y la presión cae", dice Randall. "Y entonces simplemente sube y sube y sube hasta llegar a este punto donde estalla. Luego cae en paracaídas al suelo".

La distancia que pueden viajar en el aire los hace atractivos. Los globos no están limitados por el combustible o la energía de la batería de la misma manera que lo están los drones o los aviones. Puede significar que incluso globos muy simples pueden viajar grandes distancias en las condiciones de viento adecuadas.

"Sabes, eso podría durar, en los meses de verano, tal vez 10 millas (16 km)", dice Randall. "En el invierno puede ser de 500 millas (800 km). Personalmente he tenido globos aterrizando fuera del Reino Unido".

Los globos aerostáticos a gran altura rara vez aparecen en los titulares de la forma en que lo han hecho recientemente, pero hay al menos 1800 globos meteorológicos lanzados todos los días por estaciones meteorológicas de todo el mundo. Muchos tienen notas que piden a los descubridores que los devuelvan a las instalaciones adecuadas; algunos incluso ofrecen una recompensa.

"Yo nunca he perdido mi carga útil, tengo todas y cada una de las que he lanzado de vuelta", dice Randall. "Un vuelo en globo sube, baja, tal vez a 50 millas (80 km) de distancia, y lo recuperas del campo de un agricultor en algún lugar. A veces aterriza en un árbol y tienes que sacar los postes y tirar de él. abajo."

Solo uno de estos globos de los más de 200 que lanzó no se pudo recuperar porque había aterrizado demasiado alto en un árbol: "trepar, ya sabes, un árbol de 50 pies (15 m) para intentar recuperarlo fue demasiado". – pero al menos sabía dónde había terminado.

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