Ett astronomiskt teleskop designat för att komplettera det åldrande rymdteleskopet Hubble lyftes från Nya Zeelands södra ö den 16 april 2023. Men när en sfär lika stor som en fotbollsstadion steg tyst och långsamt över Tauhinukorokio-bergen började samtal komma in från invånarna.
Lokala poliser och radiostationer hade dock informerats av Nasa om att den gigantiska heliumballongen skulle lyfta det två ton tunga SuperBIT-teleskopet till 40 km över havet under de kommande tre timmarna. Uppdraget, som vi var inblandade i, var att testa om ett ballongburet teleskop kunde ta bilder i rymden med tillräckligt hög upplösning för att studera det okända ämnet, kallad mörk materia, det vill säga 85 % av allt material i universum.
Observationerna och efterföljande dataanalys har visat att ballongburna experiment kan vara lika användbara som de som skjuts upp av raketer, men är mycket billigare. Det är nu upp till forskare, statliga myndigheter och privata företag att göra det bästa av dem.
Under nästa månad bar polära stratosfärvindar SuperBIT runt världen var åttonde dag, huvudsakligen över Antarktiska havet men klippte ut spetsen av Sydamerika. Den gick dit vinden bar den, men kunde se åt vilket håll som helst.
Varje dag laddade solpaneler sina batterier. På natten fotograferade den himlen, inklusive Tarantula-nebulosan, en ljuskälla 160 000 ljusår bort och galaxhopar 20 000 gånger längre bort.
Utan stativ använde SuperBIT gyroskop för att stabilisera alla svängningar (vi upptäckte att stratosfären är anmärkningsvärt lugn ... förutom i turbulens ovanför Anderna, där SuperBIT en gång sjönk 1 000 fot). Det var det första ballongburna teleskopet som uppnådde Hubble-liknande prestanda för de korta våglängder av ljus som är synliga för ett mänskligt öga.
Ballongen och teleskopet fortsatte att fungera perfekt, men satellitkommunikationslänkarna misslyckades gradvis. Vi tror att strålning skadade SuperBITs antenner. Vi kunde fortfarande ladda ner data genom att släppa hårddiskar, anslutna till teleskopet, till marken. Men till slut ville Nasa ha tillbaka sin ballong, så vi tog ner teleskopet med fallskärm till Argentina.
Detta var SuperBITs femte flygning, som bygger på tio års transplantation.
Till skillnad från orbitaluppdrag, om ballongnyttolaster inte fungerar första gången, kan de fixas och startas om. Detta främjar enkel, kreativ design. Komponenter som nu har visat sig fungera i rymden inkluderar hårgelé (för att hålla saker), stekpåsar för kyckling (för att hålla dem varma) och delar av bågar som används av olympiska bågskyttar (för att släppa dem).
Misslyckande och framgång är båda möjligheter att lära. Efter varje flygning gör vi och reparerar, eller förbättrar tekniken. Till exempel, eftersom kameror snabbt har blivit bättre och billigare, har vi utrustat SuperBIT med en ny sensor varje år. Allt detta minskar kostnaderna.
Merparten av kostnaderna för traditionell rymdfärd är att minska risken för misslyckande. Kompromisser behövs alltid mellan säkerhet, skydd av dyr utrustning och att hämta data.
Om ett ballonguppdrag går fel spelar det oftast mindre roll, eftersom vi får tillbaka utrustningen. SuperBIT byggdes huvudsakligen av kanadensisk Ph.D. studenter, som redan har startat ett nytt teknikföretag.
Riskhantering är annorlunda för ballonger, och Nasa får inte alltid balansen rätt. I väntan på "perfekt" väder och den perfekt designade ballongen grundades alla uppskjutningar från Texas 2017. Fysiskt omöjliga riskberäkningar, som en ballong som sprängdes tre gånger, satte nästan fart på 2023 års program.
En ballong kan bara spricka en gång. Men Frankrikes och Kanadas rymdorganisationer, US National Center for Atmospheric Research och UK Science Research Council har alla bevisat att en ballong kan återlanseras med några dagars mellanrum. Riskbedömning kan vara mer realistisk. Ballongteam kan kontinuerligt testa, leka med och förbättra processen. För raketuppskjutningar finns det bara en chans.
Geografi är viktigt för att utveckla ett framgångsrikt nationellt ballongprogram. Länder med expansiv landmassa kan genomföra korta flygningar inom sitt eget luftrum, som Kanada och USA. Nordeuropeiska länder kan använda stabila och pålitliga sommarvindar för att förlänga flygningar över Atlanten, till exempel från Skottland till Kanada.
Länder kan också starta från partnerländers territorium runt om i världen, till exempel Storbritannien från Australien.
Geopolitik påverkar också valet av flygväg:en läxa som man lärt sig av den skurkaktiga kinesiska ballongen som flög över USA 2023 och till slut sköts ner. Att korsa något lands luftrum kräver tillstånd, och vi undviker krigszoner eller konfliktområden där ballongen kan misstas för ett fientligt mål. Detta är en anledning till att vi lanserade från Nya Zeeland.
Regeringens intresse för nationella ballongprogram ökar, eftersom ny materialvetenskap och tillverkningsteknik har skapat ballonger som håller kvar helium, vilket förlänger flygningen från dagar till månader. USA bekräftade sitt intresse för en regeringstidning från 2023 och Kanada, Frankrike och Sverige har sedan länge etablerade ballongprogram.
Storbritannien drev ett världsledande ballongprogram fram till 1990-talet. Att överge det förlorade en möjlighet att utbilda vetenskapsmän och ingenjörer till ledarroller. Brittiska team är fortfarande ofta inbjudna att gå med i franska eller amerikanska satellituppdrag, men vi leder inte längre eller bestämmer vad som ska byggas. Vi förutser få tekniska, geografiska eller politiska hinder för att Storbritannien startar om ett ballongprogram parallellt med dess begynnande raketuppskjutningar.
Officiellt börjar rymden 100 km över havet. Men det finns ingen magisk linje, och dyrbar liten atmosfär över 40 km. Där slutar stjärnor att blinka och himlen är svart. Astronomiska fotografier med lång exponering blir knivskarpa och avslöjar svaga, avlägsna objekt som är suddiga för astronomer på marken.
Ballongkameror eller spektrografer kan också titta ner och är tillräckligt höga för att fånga jordobservationer precis som de från satelliter. De kan också göra atmosfäriska mätningar runt dem, inklusive av ozonskiktet i stratosfären.
Ballonger kommer inte att ersätta alla raketer, eftersom de inte kan resa högre än 40 km. Och även om helium är en ändlig resurs är ballonger mer "miljövänliga". De kräver inga raketbränslen under uppskjutning, ökar inte rymdskräp i omloppsbana – och i slutet av sin yrkeslivslängd bränns de inte upp i atmosfären. Vad ska man inte gilla?
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
