À propos des ballons stratosphériques

Qu'est-ce qu'un ballon stratosphérique?

Les ballons stratosphériques sont des aérostats qui peuvent être envoyés dans la stratosphère. Ce sont les seuls aéronefs pouvant être utilisés dans cette région de l'atmosphère (de 15 à 45 km d'altitude environ). La stratosphère est trop basse pour les satellites, trop haute pour les avions et traversée trop vite par les fusées. L'Agence spatiale canadienne (ASC) utilise les ballons stratosphériques pour mettre à l'essai et valider de nouvelles technologies conçues pour les missions spatiales de longue durée, et pour réaliser des expériences scientifiques dans un environnement quasi-spatial.

Les ballons stratosphériques sont habituellement constitués d'une pellicule de plastique très fine remplie d'hélium. Ils prennent souvent la forme d'une gigantesque « larme » renversée dont la taille peut équivaloir à plus de la moitié de la tour CN ou à la hauteur de la tour Eiffel. Les nacelles qui y sont suspendues (au bout de la chaîne de vol) emportent des charges utiles d'expériences scientifiques, d'astronomie, de chimie atmosphérique, de prévisions météorologiques et de démonstrations technologiques pouvant peser jusqu'à 1,1 tonne au total.

Source : ASC.

Version textuelle de l'infographie de la Tour du CN et d'un ballon stratosphérique

Infographie, partie gauche : Tour du CN 553 m

Infographie, partie droite (ballon stratosphérique) :

  • Partie du haut : 20 à 180 m
  • Partie du bas : 100 à 150 m

Ils ne nécessitent aucun moteur ni carburant et sont récupérés dans leur intégralité après le vol. Ils peuvent amener leurs nacelles instrumentées à une altitude maximale de 42 km et y rester pendant plusieurs heures. Certains ballons peuvent même effectuer des vols de longue durée, s'étalant sur des jours, des semaines ou même des mois.

Les ballons stratosphériques constituent une plateforme de choix pour les scientifiques et les ingénieurs, qui s'en servent pour tester diverses technologies et faire avancer la science spatiale à un coût bien moindre (jusqu'à 40 fois moins) que les satellites. De plus, les ballons stratosphériques permettent de mener des expériences scientifiques en un court laps de temps et d'obtenir rapidement des résultats.

Source : ASC.

Version textuelle de l'infographie de la capacité maximale d'un ballon stratosphérique

Infographie : Capacité maximale d'un ballon stratosphérique : 1,1 tonne

Structure d'un ballon

Quelle altitude un ballon stratosphérique peut-il atteindre?

Infographie de l'atmosphère

Le ballon stratosphérique atteint la stratosphère, soit la deuxième couche de l'atmosphère à partir de la surface terrestre. (Source : ASC.)

Version textuelle de l'infographie Quelle altitude un ballon stratosphérique peut-il atteindre?

Quelle altitude un ballon stratosphérique peut-il atteindre? - Infographie

  • Exosphère (altitude : 500 km et pression atmosphérique : 10-8 hPa)
  • Thermosphère (altitude : de 85 à 500 km, température : inférieure à -90 °C et pression atmosphérique : de 10-2 à 10-8 hPa)
    • Station spatiale internationale
      • Altitude : +/- 400 km
    • Aurores boréales
      • Altitude : +/- 100 km
  • Mésosphère (altitude : de 50 à 85 km, température : de 0 à -90 °C et pression atmosphérique : de 1 à 10-2 hPa)
    • Fusées-sondes
    • Météorites
  • Stratosphère (altitude : de 15 à 50 km, température : de -56 à 0 °C et pression atmosphérique : de 250 à 1 hPa)
    • Ballons stratosphériques : 35 à 42 km
    • Vols supersoniques
  • Troposphère (altitude : du sol à 15 km, température : de 15 à -56 °C et pression atmosphérique : de 1000 à 250 hPa)
    • Everest : 8 842 m
    • Vols commerciaux : 10 à 12 km
    • Vols paraboliques : 8,5 km

Campagne de vols de ballons typique

Les équipes de l'ASC et du Centre national d'études spatiales se rendent généralement deux semaines à l'avance au site de lancement afin de préparer l'équipement qui sera utilisé pendant la campagne.

Une fois la préparation terminée, la campagne débute. Elle dure de six à huit semaines, en fonction du nombre de ballons à lancer. On compte en moyenne 10 lancements de ballon par campagne, et trois à quatre jours sont prévus pour chaque opération. Les lancements de ballon dépendent toujours des conditions climatiques, en particulier du vent. C'est pourquoi ils ont lieu normalement très tôt le matin ou tard le soir, lorsqu'il vente moins. Pendant les opérations de lancement, le vent au sol ne doit pas dépasser de 2,5 à 4 mètres par seconde, selon la taille du ballon.

Le dernier vol conclut la campagne. Les deux semaines qui suivent sont consacrées à l'entreposage de l'équipement et aux réunions post-campagne.

Un lancement typique de ballon

Infographie d'un lancement typique de ballon. Description suit.

Source : ASC.

Le matin du lancement

Les conditions météorologiques sont évaluées. Si les conditions sont favorables, on poursuit; si elles ne le sont pas, on procède à une réévaluation plus tard dans la journée ou alors, le lâcher est remis au lendemain.

H-3 h

Les équipes de lancement se mettent en place. Les derniers essais de validation de la nacelle de servitude opérationnelle et de la nacelle scientifique sont finalisés en salle d'intégration. Les ballons auxiliaires qui servent à retenir la nacelle durant la phase de lâcher sont remplis d'hélium.

H-1 h 45

La nacelle de servitude opérationnelle est transportée sur le site de lancement. Elle est ensuite intégrée aux autres éléments de la chaîne de vol pour effectuer les derniers essais techniques.

H-1 h 30

La nacelle scientifique, qui peut peser jusqu'à 1100 kg, est transférée sur l'aire de lancement et assemblée sous les ballons auxiliaires. Les essais de liaison par ondes radio entre la nacelle et le centre de contrôle de mission ont lieu pendant que l'équipe au sol effectue les activités de configuration de vol.

H-1 h

Le ballon principal est déplié. L'enveloppe est posée sur un long tapis protecteur. Les opérateurs la manipulent avec soin, en portant des gants, car elle est très fragile.

H-0 h 45

Le ballon principal est gonflé avec de l'hélium par deux opérateurs. Cette opération peut durer de 15 à 45 minutes.

Heure H

Le lâcher est effectué. Le ballon principal est libéré et s'élève dans le ciel. Son ascension et sa trajectoire de vol sont surveillées par les pilotes en salle de contrôle en utilisant divers instruments, dont le GPS et les balises installés sur les nacelles de la chaîne de vol. L'ascension du ballon se fait à une vitesse d'environ 5 mètres par seconde. Une fois que le ballon commence son ascension, les ballons auxiliaires se séparent de la nacelle.

H+1 h 30

Le ballon peut atteindre une altitude de 42 km. Lorsqu'il parvient au plafond déterminé pour le vol, la collecte des données scientifiques commence.

H+10 h

La mission scientifique se termine. Dans la salle des opérations, on repère un site d'atterrissage propice qui respecte les règles de sécurité et d'assurance des missions. Les centres de contrôle de la circulation aérienne sont prévenus et donnent leur accord une fois que le ballon peut descendre de façon sécuritaire, c'est-à-dire qu'il peut traverser la zone normalement empruntée par les avions commerciaux. L'équipe de récupération se dirige près du lieu d'atterrissage prévu afin de sécuriser la zone. Le centre de contrôle de la mission envoie la commande pour que la chaîne de vol se sépare de l'enveloppe. La descente des deux éléments de vols (chaîne de vol sous parachute et enveloppe en chute libre) est suivie en temps réel jusqu'au sol.

H+10 h 20

Descendant à la vitesse d'environ 20 mètres par seconde en chute libre, l'enveloppe est le premier élément à toucher le sol. L'équipe de récupération la replie pour la rapporter à la base de lancement. 

H+10 h 45

La chaîne de vol atterrit, généralement dans un rayon de 10 km de l'endroit où l'enveloppe est tombée. L'équipe de récupération sécurise la zone d'atterrissage de la chaîne de vol. Les boîtiers électroniques sont déconnectés par les membres de l'équipe, qui demandent ensuite l'envoi d'un hélicoptère pour ramasser les éléments lourds du ballon et les transporter vers un camion qui attend sur une route près du site.

H+14 h

Rapatriement : le camion est chargé avec les éléments de l'aérostat et rapporte l'ensemble à la base.

Pour nous joindre

Pour toute question à propos du programme STRATOS, écrivez-nous à l'adresse asc.stratos.csa@canada.ca.

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