Magasugrás
Az osztrák ejtőernyős, Felix Baumgartner nemrégiben nagy teljesítményt ért el azzal, hogy ballonról sztratoszférikus magasságra ugrott. Hogyan sikerült ez a küldetés? ?
Felix Baumgartner léggömb útja körülbelül két és fél óráig tartott. A mászás végén mutatkozó nagy ingadozások ellenére az emelkedési sebesség 300–400 méter/perc nagyságrendű maradt.
Bruno Vacaro rajzai
2012. október 14-én, egy léggömbbel felemelkedve 39 kilométeres magasságba, hogy végezzen egy szabadeséses ugrást, az osztrák Felix Baumgartner elhagyta a troposzférát, a Föld légkörének első rétegét. A kapszuláját körülvevő éjféli kék szín és a levegő szinte teljes hiánya ellenére az ejtőernyős még nem volt az űrben. Elérte a sztratoszférát, egy bizonytalan környezetet, de még mindig elég sűrű ahhoz, hogy támogassa a ballon emelkedését és meglehetősen gyorsan lelassítsa az ejtőernyős ereszkedését. E figyelemre méltó ugrás során F. Baumgartner nevezetesen átlépte a hangzárat, bár a "fal" szó nem teljesen megfelelő.
A 39 kilométeres magasság túl magas ahhoz, hogy repülővel elérje. A Stratos-projekt választása ezért a héliummal felfújt léggömb repülésére összpontosult, mint az időjárási lufikra. De míg ez utóbbi eszközök tömege néhány tíz kilogramm, itt 1500 kilogramm nagyságrendű az utas, a búvárruhája és mindenekelőtt a kapszula.
Archimédész nyomása a súly és a húzóerő ellen
Ahhoz, hogy Archimédész lendülete ellensúlyozza e legénység súlyát, a léggömbnek legalább annyi légtömeget kellett kiszorítania. Tengerszinten, ahol a levegő sűrűsége 1,2 kilogramm/köbméter, ez legalább 1250 köbméter térfogatnak felel meg, vagy egy 13 méter átmérőjű gömbnek felel meg.
Mi a helyzet 39 kilométerrel a tengerszint felett? A levegő olyan ritka, hogy alig szórja tovább a napfényt, és a környező tér feketének tűnik. Szerencsére messze maradunk az űrvákuumtól: a sűrűség kb. 4,4 gramm/köbméter, vagyis 270-szer kisebb, mint a tengerszintnél.
Ezért egy hatalmas, 100 méter magas és 130 méter átmérőjű léggömböt kellett megtervezni a legnagyobb meghosszabbításánál (lásd 1. ábra). A térfogatának a magassággal való sűrűség csökkenéséhez történő igazításához hagyja, hogy a természet tegye a dolgát. A léggömb csak részleges feltöltésével biztosítható, hogy a belső nyomás megegyezzen a külső levegő nyomásával: így amikor az ember felemelkedik és a levegő sűrűsége csökken, a héliumé ugyanolyan arányban teszi meg.
A hélium így növekszik térfogatában, így a léggömb térfogatának szorzata a levegő sűrűségével, és ezért az Archimédész-tolóerő állandó marad. A gyakorlatban, ha hozzáadjuk a legénység tömegéhez a léggömb és a hélium tömegét, több mint három tonnát kellett felemelni. Az elégséges emelkedési sebesség biztosítása érdekében a felhasznált hélium térfogata valójában 5100 köbméter volt, vagyis kétszerese az emeléshez szükséges mennyiségnek.
Alacsony profilú alakjával a labda a levegő aerodinamikai ellenállásának teljes erejét elszenvedi. Ez utóbbi arányos a sebesség négyzetének szorzatával, a levegő sűrűségének és a ballon elülső szakaszának szorzatával. Súlyára és Archimédész tolóerejére figyelemmel a léggömb addig gyorsul, amíg el nem éri olyan sebességet, hogy az ellenállás kompenzálja a keletkező erőt.