Aspectos a tener en cuenta antes de volar un Globo de alta altitud (HAB, High Altitude Balloon)

La Atmósfera

Los globos estratosféricos alcanzan normalmente una altitud que se sitúa en torno a los 25 - 30 km, dentro de la estratosfera.

Entre el  75 - 80 % de la masa atmosférica se concentra en su capa más baja, la Troposfera, que alcanza una altura entre 10 y 20 km (más ancha en el ecuador, más estrecha en los polos). Casi todos los estados meteorológicos se producen en esta capa. La troposfera se calienta desde abajo por lo que la temperatura va disminuyendo con la altura a razón de 6.5º, aproximadamente, cada 1000 metros. Por encima de esta capa, se encuentra la Estratosfera que abarca hasta los 50 km de altura y en cuyo interior se encuentra la capa de ozono.

La principal dificultad para alcanzar la estratosfera la encontramos al atravesar la Tropopausa, zona que separa ambas capas donde se producen una fuertes corrientes de chorro que pueden alcanzar velocidades de hasta 400 km/h.

La temperatura en la estratosfera puede variar desde -60º en la parte inferior hasta 15º en la superior. A la altura a la que el globo  explosiona (25 -30 km) la temperatura se sitúa entre -30º y -15º. Respecto a la presión atmosférica una vez que nos adentramos en esta capa hay que señalar que es muy baja, entre 6 -10 hPa (a nivel del mar está en torno a 1013 hPa). Por otra parte el viento es casi inexistente debido a la poca densidad del aire.

La imagen que aparece a continuación es una captura del sitio https://earth.nullschool.net en la que se muestran  las corrientes de chorro (jet stream) a 250 HPa (10 500 metros, aproximadamente). Esta Web  nos ofrece en tiempo real (se actualiza cada 3 horas) diferente información (presión, viento, temperatura,etc.) sobre nuestra atmósfera para diferentes altitudes: 1000 HPa ~ 100 metros, 850 HPa ~ 1500 m, 700 HPa ~ 3500 m, 500 HPa ~ 5000 m, 250 HPa ~ 10 500 m, 70 HPa ~ 17 500 m y 10 HPa ~ 26 500 m. La información es obtenida de GFS (Global Forecast System)  EMC / NCEP / NWS / NOAA.

Para proteger los dispositivos electrónico que forman la carga útil del globo (GPS, emisora de radio, placa controladora, sensores de temperatura, presión, teléfono móvil para el envío de SMS a través de la red GSM, cámara fotográfica y/o vídeo, etc), se suelen colocar en cajas de porexpan (poliestireno expandido). Sus propiedades lo convierten en un material muy apropiado, ya que pesa muy poco, es un buen aislante térmico y absorbe muy bien los golpes. Además se suele recubrir con manta térmica con la parte dorada colocada hacia el exterior para favorecer la absorción de calor por la luz solar, e impidiendo la emisión de energía infrarroja (evitando que se enfríe).

Durante el ascenso la temperatura en el interior de la caja se suele mantener por encima de 15º-18º ya que debido a la diferencia de presión el aire tiende a salir del interior. En la estratosfera, dado que la densidad del aire es muy baja, la temperatura en los dispositivos electrónicos tienden a subir al no poder disipar adecuadamente el calor generado (llegando a aumentar 9º-10º).

Por el contrario, durante el descenso el proceso se invierte. Al atravesar la tropopausa la temperatura en el interior de la caja tiende a disminuir ya que la diferencia de presión favorece la entrada de aire muy frío en el interior. De ahí la importancia de conseguir un buen aislamiento térmico.

Las Comunicaciones: Seguimiento y localización de la carga
Disponer de un buen sistema de comunicación con la baliza es crucial para la recuperación de la carga y de toda la información registrada por los diferentes sensores, cámaras, etc.
Lo habitual es utilizar más de un canal de comunicación como medida de seguridad.
Básicamente se presentan tres alternativas:

Comunicación vía satélite: Es la mejor opción pero también la más cara. Existe un gran número de empresas que ofrecen sus propios dispositivos para el seguimiento del HAB. Unas operan con la red de satélites de telecomunicaciones  Globalstar (compuesta por 24 satélites en órbita terrestre baja) como http://www.findmespot.eu/ con los dipositivos SPOT Trace. Otras ofrecen soluciones integrales como el kit Eagle Pro Weather Balloon ($700) con el equipo completo (http://www.highaltitudescience.com/products/eagle-pro-near-space-kit) sin incluir la cámara de vídeo.

Cobertura de la red Globalstar

SPOT Trace

Equipo completo Eagle Pro

Detalle del kit Eagle Pro

Otras empresas operan con la red satelital de telecomunicaciones Iridium (compuesta por 66 satélites) como http://www.rock7mobile.com/ con sus dispositivos Rockblock MK2 y Rockstar

En general tienen el inconveniente de que la posición se actualiza cada 5 ó 10 minutos, no informa de la altitud (solo latitud y longitud) y además las empresas de telecomunicaciones exigen contratos de permanencia por un año.

Comunicación por radio: Aquí también tenemos diferentes  opciones. Los dispositivos APRS (Automatic Packet Reporting System) transmiten su ubicación a una red de repetidores y puertas de Internet (www.aprs.fi) gestionado por radioaficionados. Ejemplo de dispositivos que están muy extendidos en el mercado son RTrak-HAB de RPC-Electronics, Micro-Trak AIO de Byonics o Radio Bug. La información suele tardar varios minutos en actualizarse pero puede incluir  latitud, longitud, altitud, velocidad y otros datos telemétricos (temperatura, presión, etc).

RTrak-HAB

Transmisor de 250 mW montado sobre antena dipolo

También se puede utilizar un escáner de radio para la recepción de los paquetes de información pero necesitaremos un programa decodificador. 

Tiene el inconveniente de que es necesario obtener una licencia de radioaficionado. Además, tiene dificultades para recoger la señal cuando se encuentra cerca del suelo ya que requiere una línea de visión directa. 

Comunicación GSM: Se nos presenta como una vía complementaria a las anteriores.  Será de utilidad durante los primeros minutos del lanzamiento del globo y para localizar la carga útil una vez aterrizado. Normalmente, la cobertura suele abarcar hasta los 2000 m  de altura en zonas pobladas. Podemos utilizar dispositivos diseñados para la localización de personas o bien un smartphone con GPS y un programa que nos envíe con periodicidad las coordenadas geográficas (app Globo Baliza).

Tiene el inconveniente de que opera sólo dentro de la zona de cobertura, por lo que durante la mayor parte del vuelo no recibiremos información.


Simuladores de vuelo del HAB: Predicción de trayectorias
Las universidades de Cambridge (GB), Wyoming (USA) y Southampton (GB) ofrecen herramientas online para el cálculo de trayectorias en función de los parámetros de vuelo (peso del globo, velocidad de ascenso, peso de la carga útil, lugar y hora de lanzamiento, etc)

CUSF (Cambridge  University Spaceflight)  Landing Prediction. Incluye una calculadora para saber la cantidad de helio que debemos introducir en el globo (estiramiento de cuello) para alcanzar una altitud determinada o bien la velocidad de ascenso deseada.

Balloon Trajectory Forecasts (Universidad de Wyoming). Asume una velocidad de ascenso de 4.5 m/s y una velocidad descenso de 4.9 m/s.

ASTRA (Atmospheric Science Through Robotic Aircraft) High Altitude Balloon Flight Planner (Universidad de Southampton).

Todos estos sitios permiten generar un archivo kml que podemos abrir con Google Earth, obteniendo imágenes 3D de las trayectorias.

Permisos y seguro
En cada país existe una reglamentación específica respecto a navegación y seguridad aérea. Es preceptivo solicitar a la Agencia Estatal correspondiente un permiso para el lanzamiento de globos alta altitud.
Asimismo, se deberá contratar un seguro para cubrir los posibles daños materiales o a personas que se pudieran producir en superficie.