野外Alicats:高空气球质量流量计，第2部分

由7号高速高空气球在近太空拍摄的全景照片

质量流量测量，以寻求中性浮力

由拉斯维加斯内华达大学的阿曼达·马克西姆博士领导的FAST团队有一个雄心勃勃的目标:发射一个气象气球穿越大西洋。这一壮举需要气球达到并保持一个精确的高度，足够长时间顺着从南内华达州到非洲或欧洲的平流层风飞行，大约6000英里的距离。一个重要的挑战是，所有的乳胶气球最终都会破裂，因为材料会被紫外线辐射降解，这种效应在空气稀薄的高海拔地区会增强。为了最大限度地减少日光对气球的紫外线照射，这个团队正在为越冬而努力，也许会在冬至的时候发射。FAST还必须精确地瞄准一个高度，这个高度的风会在气球爆炸前把它迅速地吹过大西洋。这需要精确地知道气球里有多少气体。

高空气球爆炸时，从向上的照相机看

2013年8月4日FAST-12的发射和飞行是FAST团队的一个里程碑。这次飞行的最高高度达到了123,463英尺，这是该团队首次在业余无线电高海拔气球飞行高度排行榜上着陆。更重要的是，气球达到了中性浮力，并保持稳定的高度约90分钟，直到气球爆炸。中性浮力对该团队跨越大西洋的愿望至关重要，因为气球需要在特定的高度盘旋，以便搭乘在该高度吹过的快速移动的风。在更大的范围内，这个目标也是对谷歌的Project Loon的要求，Project Loon的设计目的是通过命令气球在特定的高度驾驭不同方向的风来保持气球的均匀分布。

使用质量流量计给高速-8高空气球充气

在特定高度上获得中性浮力的关键是，气球上有足够的气体来提供从发射高度上升所需的升力，但又不至于超过目标高度。当气球和有效载荷所排开的大气质量等于气球内部气体的质量加上气球和有效载荷的质量时，气球停止上升，并具有中性浮力(如果一切都做得正确的话)。使中性浮力成为可能的主要变量是气球的弹性和气球内的压力相对于大气压力的增加。这种压力的增加在高海拔地区更为显著，从而使气球成为中性浮力。诀窍在于给气球“金发姑娘”的气体量，正如马克西姆博士所说:刚好能让它到达想要的高度，但又不能太多，以免气球在到达时无法容纳它。

通过使用质量流量计对每个气球内的气体质量进行累加，团队能够在测试飞行期间生成可重复的数据。

15岁的快速团队成员Eric Lujan使用他的Android应用程序在现场进行质量和升力计算。

马克辛博士的学生使用一个复杂的公式来计算每次飞行所需的气体质量。该公式包括使用理想气体定律、胡克斯定律、1976年标准大气模型、气球的弹性模量和许多其他因素来确定正确的气体用量的计算。好像这个计算还不够难似的，对气球的气体压力随着压力和温度的变化而变化，乳胶的弹性模量也是如此。此外，当气球在大气中上升时，气球外的环境温度会以一种奇怪的方式变化:对流层内，温度随着高度的增加而降低，但是一旦气球进入平流层，温度就随着高度的增加而升高。15岁的Eric Lujan是FAST的学生，他甚至编写了一个Android应用程序，在发射现场进行必要的质量计算。

通过使用质量流量计对每个气球内的气体质量进行累加，团队能够在测试飞行期间生成可重复的数据。这扩大了项目的教育范围，因为学生不仅可以使用气球进行科学实验，而且他们还可以在气球上做科学实验。让人们参与到科学中来是这一切的意义所在。

如果天气允许，FAST的下一次发射将在2013年10月5日。你可以在发射当天跟踪它的飞行，所以一定要订阅FAST的博客来获取更新和发射时间表。

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