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Ali Pourahmads Erfindungen | Kategorie: Neue Erfindungen in der Welt | Verwandte Themen: Wissenschaftliche Entdeckungen und technologische Erfindungen
Neues Design für Höhenballon (NASAs Stratostat-Nulldruckballon) mit Anti-Solarwärme-Funktion
◉ Erfindung: Nulldruckballon gegen Sonnenwärme
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
◉ Einleitung und Ziele:
In diesem Artikel erläutern wir kurz die Erfindung des Anti-Verzögerungssystems im neuen "Nulldruckballon", der Satelliten und Weltraumausrüstung in die Stratosphäre der Erde transportiert.
Der Transport von Forschungs- und Telekommunikationsgeräten in die Erdatmosphäre ist für große Raumfahrtagenturen wie die NASA eine der teuersten und zeitaufwändigsten Herausforderungen. Aufgrund der hohen Kosten jedes Satellitenstarts setzt die NASA für Forschungs- und Wetterzwecke in der Stratosphäre seit Jahrzehnten Hochdruckballons (Nulldruckballons) anstelle von Raketen ein. Stratostat-Höhenballons sind Hochdruckflugkörper, die die Stratosphäre durchqueren und Missionen in der Mitte der Stratosphäre, im sogenannten niedrigen Erdorbit (LEO), durchführen können.
Die Troposphäre ist definiert als der Bereich von der Erdoberfläche bis zu einer Höhe von 12 Kilometern, und die Stratosphäre ist definiert als der Bereich zwischen 12 und 50 Kilometern. Die Höhenballons der NASA können jedoch die höheren Höhen der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) nur begrenzt erreichen. Laut Gabriel Garde (Leiter des Balloon Program Office der NASA in der Wallops Flight Facility der Agentur in Virginia) musste der Flug des NASA-Hochdruck-Forschungsballons, der am 21. April 2025 in Neuseeland startete, seine Mission am 4. Mai nach 17 Tagen, 13 Stunden und 47 Minuten Flug in den mittleren Breiten der südlichen Hemisphäre vorzeitig beenden. Die NASA landete den Ballon sicher im Pazifischen Ozean, etwa 813 Meilen östlich von Neuseeland. Schauen wir uns an, was bei der Mission des Nulldruckballons schief lief!
◉ Erfindung: Nulldruckballon gegen Sonnenwärme
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Tatsächlich waren die Veränderungen durch die Ausdehnung und das Austreten von Heliumgas aufgrund der Erwärmung der Ballonhülle durch Sonneneinstrahlung tagsüber und die Volumenreduzierung des Heliumgases durch Abkühlung und Kontraktion nachts die Hauptfaktoren für den kontinuierlichen Höhenverlust des Ballons. Laut Gabriel Gard war am zehnten Tag der Mission fast der gesamte Ballast (Sand) verbraucht, um die Höhe des Ballons zu halten, aber der Höhenverlust ging trotz des gesamten Ballasts, der zur Erleichterung des Ballons abgelassen wurde, weiter rapide voran. Die NASA hatte ursprünglich eine Missionsdauer von mehreren Monaten, möglicherweise 100 Flugtagen, geplant, aber dieser Höhenverlust brachte unvorhergesehene Herausforderungen und Probleme mit sich. Um die Öffentlichkeit vor einer Bruchlandung zu schützen, kündigte die NASA daher am siebzehnten Tag ein vorzeitiges Ende der Mission an.
Obwohl die Höhenballons der NASA vor den Flügen Anfang 2025 höhere Rekorde erzielt hatten, beispielsweise 46 Tage oder 32 Tage, gab es bei allen Höhenballonmissionen der NASA eine gemeinsame Herausforderung: einen steilen Abstieg (bis zu 10 Kilometer) während der Nacht aufgrund von Heliumlecks am Tag. Fast alle Nulldruckballons (Stratostats) können nur etwa eine Woche lang in einer Höhe von 30 bis 36 Kilometern über der Erde bleiben, ohne abzusinken, und leiden danach unter Höhenverlust während der Nacht.
Zwar gelang es dem Nulldruckballon BS 13-08 bereits, innerhalb kürzester Zeit Höhen von beispielsweise 54 km zu erreichen. Das Aufsteigen in höhere Stratosphären oder ein längerer Aufenthalt in den oberen Atmosphärenschichten stellt jedoch eine der größten Einschränkungen und Herausforderungen dieser Ballonklasse dar, da diese Ballons aufgrund der Ausdehnung und Kontraktion des Heliums nach einigen Tagen stark an Höhe zu verlieren beginnen. Die Geschwindigkeit des Höhenverlusts hängt natürlich auch vom Breitengrad ab, in dem der Ballon fliegt. Beispielsweise verlieren Nulldruckballons außerhalb der mittleren Breiten und in der Nähe der Polarregionen weniger an Höhe als solche in den mittleren Breiten, insbesondere im Sommer, wenn Sonneneinstrahlung und -strahlung das Helium für längere Zeit in einen Zustand der Ausdehnung versetzen können.
◉ Erfindung: Nulldruckballon gegen Sonnenwärme
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Unter solchen Umständen greifen Regierungsorganisationen und Raumfahrtagenturen aufgrund der Probleme bei der Höhenreduzierung der Stratostat-Ballons der NASA und der Unfähigkeit der Ballons, lange in der Atmosphäre zu bleiben, in der Regel auf eine Alternativlösung zurück: den Start von Satellitenraketen. Doch eine dauerhafte und kostengünstige Fortsetzung von Wissenschafts- und Forschungsprojekten mittels Raketenstarts ist aufgrund der hohen Kosten jedes einzelnen Raketenstarts in erdnaher Umlaufbahn (LEO) nicht möglich. Will man beispielsweise Ausrüstung, die von einem Nulldruckballon getragen werden kann, mit einer suborbitalen Rakete wie Sounding Rockets, New Shepard oder Electron versenden, muss man pro Start zwischen 1 und 7 Millionen Dollar aufwenden. Wenn man sich nun für leistungsstärkere Raketen entscheidet, um schwerere Ausrüstung zu transportieren, sind die Kosten wesentlich höher. So werden beispielsweise die Kosten für den Transport von 6.000 Kilogramm Fracht mit einer Falcon-9-Rakete und einer Dragon-Kapsel zur Internationalen Raumstation auf rund 140 Millionen Dollar geschätzt.
Die Herausforderung, die Flughöhe von NASAs Stratostat-Ballons zu reduzieren und nicht auf Langzeitmissionen zu bleiben, sowie die hohen Kosten jedes suborbitalen Raketenstarts der Raumfahrtagenturen brachten mich auf die Idee, einen Ballon zu bauen, der unempfindlich gegenüber der Hitze des Sonnenlichts ist, sodass er nicht an Höhe verliert, aber dennoch schwere Fracht transportieren und lange im Weltraum bleiben kann. Mit anderen Worten: Meine Idee ist eine Alternative zu Trägerraketen, um Weltraumfracht kostengünstiger und mit geringerem Risiko in eine niedrige Erdumlaufbahn (LEO) zu befördern. Auf diese Weise wird zunächst das gesamte Frachtvolumen in kleinere und weniger Teile aufgeteilt, und dann kann durch Erhöhung der Flugfrequenz die gesamte Ausrüstung zu wesentlich geringeren Kosten befördert werden. Und zwar mit einem Ballon, der mit meiner Idee ausgestattet ist, nämlich einer Beschichtung, die heiße Sonnenstrahlen abweist.
◉ Erfindung: Nulldruckballon gegen Sonnenwärme
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
◉Technische Beschreibung der Erfindung:
Ich habe diesen neuen Ballon "Anti-Temperatur-Höhenballon" genannt, weil mit dem System, das ich diesem "Nulldruckballon" hinzugefügt habe, die Möglichkeit, dass Sonnenstrahlung in die Hülle des Ballons eindringt, auf Null gesunken ist, weil die Sonnenstrahlung nicht von den Heliumgasmolekülen absorbiert wird und daher keine chemische Reaktion stattfindet, die die Schwingung der Moleküle verstärkt und das Volumen des Heliumgases vergrößert, was natürlich keinen Druck auf die Steuerregler ausübt, Gas freizusetzen oder ein unerwünschtes Austreten zu verursachen.
Um die Funktionsweise dieses neuen Ballons besser zu verstehen, möchte ich kurz auf die Eigenschaften von Heliumgasmolekülen eingehen. Helium (He) ist ein neutrales chemisches Element, das farb- und geruchlos ist und den niedrigsten Siedepunkt aller chemischen Elemente aufweist. Zudem ist es nach Wasserstoff das zweithäufigste Element im Universum. Aufgrund seiner Häufigkeit und seines niedrigen Preises wird Helium in verschiedenen Branchen eingesetzt, beispielsweise in Kühlsystemen für Kernreaktoren oder MRT-Geräten. Eine der häufigsten Anwendungen von Heliumgas ist die Luft- und Raumfahrtindustrie, wo Helium zum Aufblasen der Hülle von suborbitalen und erdnahen Forschungsballons (LEO) verwendet wird, um in große Höhen in der Atmosphäre aufzusteigen.
◉ Erfindung: Nulldruckballon gegen Sonnenwärme
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Heliumgas hat eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, sodass es sich bereits bei mittleren Temperaturen auszudehnen beginnt. Bei höheren Temperaturen beschleunigt sich die chemische Reaktion. Helium reagiert stärker auf Temperaturänderungen als andere Gase, da sich die kinetische Energie der Heliummoleküle bei Temperaturänderungen deutlich ändert. Diese Änderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Moleküle führt zu einer Zunahme oder Abnahme der Heliumdichte (abhängig von der Umgebungstemperatur).
Mit anderen Worten: Wenn die Hülle des Ballons aus komprimiertem Heliumgas das Ende der Troposphäre und den Beginn der Stratosphäre erreicht, steigt ihre Temperatur aufgrund der direkten, ungefilterten Sonneneinstrahlung an, und die durchschnittliche kinetische Energie ihrer Moleküle nimmt zu. Dies führt dazu, dass sich die Gasmoleküle stärker ausbreiten und ihr Volumen innerhalb der Ballonhülle zunimmt und relativ größer wird. Mit zunehmender Sonneneinstrahlung nimmt auch die Häufigkeit von Kollisionen zwischen den Gasmolekülen zu. Dies führt letztendlich zu einem Druckanstieg und Gaslecks durch die Steuerregler, was maßgeblich zu einer unerwünschten Höhenabnahme beiträgt. Während der Nacht, wenn die Ballonhülle weder dem Sonnenlicht noch der Wärme ausgesetzt ist, beginnen sich die Moleküle zusammenzuziehen und zu kondensieren, was bei aktuellen Nulldruckballons zu einer stärkeren und schnelleren Höhenabnahme führt.
◉ Klicken Sie auf eines der Galeriebilder unten, um es zu vergrößern:
Um das Eindringen der Sonnenwärme in die Heliummoleküle zu verhindern, habe ich die Idee verfolgt, eine Hälfte der Ballonhülle mit leichten Reflektorplatten auszustatten.
◉ Erfindung: Nulldruckballon gegen Sonnenwärme
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Die in den Fasern dieses Gewebes verwendeten Materialien sind zudem feuchtigkeits- und lösungsmittelbeständig und halten der Zerstörung durch ultraviolette Strahlen oder andere elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen dauerhaft stand. Das wärmereflektierende Gewebe reflektiert mehr als 97 % der auftreffenden Strahlungswärme und ist ein hervorragender Isolator gegen Wärmedurchdringung. Dieses Gewebe besteht aus einer Kombination von Grundmaterialien wie Aramid, Kohlenstoff, Silica und einer Aluminiumschicht. Darüber hinaus findet dieses Gewebe vielfältige Anwendung in der Luft- und Raumfahrtindustrie.
◉ Erfindung: Nulldruckballon gegen Sonnenwärme
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Um zu verhindern, dass der Ballon an Gewicht zunimmt, habe ich nur auf einer Seite der Ballonhalbkugel wärmereflektierende Platten angebracht. Diese Halbkugel habe ich so konstruiert, dass sie in einem Abstand von 50 Zentimetern zur Hüllenschale liegt, sodass die Temperaturdurchlässigkeit sowohl unter normalen Bedingungen als auch bei starker magnetischer Sonneneinstrahlung Null erreicht. Die mit wärmereflektierendem Stoff überzogenen Platten sind in Form rechteckiger Fensterplatten miteinander verbunden und entlang der Außenachse des Radius der Struktur auf einer kreisförmigen Stange montiert. Diese Stange besteht aus einem sehr leichten und stabilen Material aus einer Kombination von Titan und Aluminium, die die Außenseite der Ballonhülle in zwei Teile teilt: den Lichtbereich und den Schattenbereich. Auch die gesamte für den Weltraumflug benötigte Ausrüstung ist an dieser kreisförmigen Stange montiert. Mit anderen Worten: Diese Stange ist die Hauptstruktur, die alle Teile des Ballons miteinander verbindet.
◉ Erfindung: Nulldruckballon gegen Sonnenwärme
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Die nächste Herausforderung für einen solchen Ballon ist seine Rotation aufgrund natürlicher Kräfte wie Wind, Druck oder Temperaturunterschiede während des Aufstiegs. Dies führt zur Verschiebung der beiden Halbkugeln (der Halbkugel mit und der Halbkugel ohne wärmereflektierendes Panel). Wie Sie im Video am Ende des Artikels sehen können, habe ich sechs sehr leichte elektrische Aktuatorsteuerungen mit lichtempfindlichen Kameras eingesetzt, um dieses Problem zu lösen. Diese winzigen Kameras können das Sonnenlicht kontinuierlich verfolgen und sind mit einem elektrischen Aktuatorkasten verbunden, der über ein intelligentes System das Gleichgewicht des Ballons hält.
Die Lichtverfolgung in diesem System ist so, dass bei jeder Abweichung im direkten Sonnenlicht der elektrische Sensor der Kameras einen Impuls sendet, um das elektrische System im Inneren des Aktuatorkastens zu aktivieren. Der elektrische Aktuator führt nach Empfang dieser Nachricht und der Abweichungshöhe einen mechanischen Stoß in die entgegengesetzte Richtung des Lichts aus, um den Ballon in seine vorherige Position zurückzubringen.
◉ Erfindung: Nulldruckballon gegen Sonnenwärme
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Dieser Ballon mit seinem einzigartigen Design eines "Sonnenwärmeschilds" verliert weder tagsüber noch nachts an Höhe und kann nicht nur größere Höhen in der Stratosphäre erreichen, sondern auch längere Missionen in dieser Schicht überstehen.
◉ Erfindung: Nulldruckballon gegen Sonnenwärme
◉ Erfinder und Patentinhaber: Ali Pourahmad
◉ Kategorie: Neue Erfindungen von Erfindern
Ursprünglich hatte ich die Idee für dieses Design nur mit einer wärmereflektierenden Hülle ohne lichtreaktives Antriebssystem entwickelt. Um jedoch Gewicht zu sparen, die Rotation des Ballons besser zu steuern und die Satellitenausrüstung besser mit der Struktur zu verbinden, ergänzte ich meine Grundidee um ein Richtungskontrollsystem. Beide Designs sind realisierbar und könnten sicherlich eine bessere Alternative zu den aktuellen Nulldruckballons darstellen.
Wie andere Erfindungen verfügt auch diese über das Potenzial zur Weiterentwicklung und Optimierung. Durch ihre Kommerzialisierung können wir die Kosten für Weltraumstarts erheblich senken, die Zahl der Weltraummissionen erhöhen und dazu beitragen, die wissenschaftliche Forschung im Zusammenhang mit dem Weltraum weiter auszubauen.
Ende des Artikels//
◉ Video eines Höhenballons (Nulldruckballon) mit Anti-Solarwärme-Funktion / Kategorie: "Erfindungen von Ali Pourahmad"
◉ Animationskünstler dieses Videos: Ali Pourahmad
◉ Musikkomponist dieses Videos: Ali Pourahmad
◉ Sprecher: Ali Pourahmad
◉ Sprache: Englisch
◉ Untertitel: Keine
Über Erfinder und Autor dieses Artikels:
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◉ Ali Pourahmads Science-Fiction-Filme
◉ Ali Pourahmad-Auszeichnungen
◉ Gemälde von Ali Pourahmad
◉ Ali Pourahmad Instrumentalmusik
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