南极上空气球飞行100天，科学家们究竟想干什么！？（下）
第一次南极气球的使命是从超新星开始的。 1987年2月，天空发现了一颗爆炸的恒星，天文学家意识到他们能在南极点上空最好地观测伽玛射线。美国空军地球物理实验室和美国国防部高级研究计划局（DARPA）的科学家们将一个本打算装在航天飞机上的伽马射线仪器改装在气球上并在南极上空发射。根据空军的报告，在发射之后，它收集了“令人惊喜的数据”，在电力系统故障前持续飞行了三天。该团队称这个项目为“非常成功的创业项目”，并为国家科学基金会举办了一个研讨会，为南极气球科学奠定了后勤基础。
从那以后，天文学家们开始在南极冰面发放了大量的气球任务，包括研究宇宙射线的CREAM和TRACER;观测磁场如何影响恒星的形成的BLAST;在大爆炸的“余辉”中绘制了温度的微小变化的BOOMERANG;一直从宇宙射线中微子寻找无线电波的ANITA。这份名单包括两个STO任务，这些任务帮助夯实了太赫兹探测器技术，并在发射更具挑战性，持续时间更长的GUSTO有效载荷之前给团队飞行经验。
在亚利桑那州，科学家即将开始建造和测试GUSTO。这个两吨的有效载荷宽20英尺，高20英尺。它将由一个40英寸的望远镜组成，这个望远镜将光线引导到一个低温恒温器内的一系列超导仪器，该恒温器是一个类似热水瓶的容器，容纳了约33加仑冷却到-452华氏度液体氦。
科学配套将包括在图森建造的新望远镜，以及由亚利桑那州立大学，美国宇航局喷气推进实验室，麻省理工学院和荷兰空间研究所制造的探测器。这些仪器以及太阳能电池板，电池和通讯设备将由约翰·霍普金斯大学应用物理实验室开发的铝框吊舱携带。
一旦组装完毕，美国宇航局将在马里兰州戈达德太空飞行中心的真空室中测试有效载荷（对于太空船来说这是常见的步骤，但对于气球罕见）。然后，有效载荷将在德克萨斯州的设施中进行悬挂测试，即对于仪器、通讯和电源系统，以及连接吊舱与气球和降落伞的结构的综合评估。
2021年秋天，美国航空航天局将组装后的包裹运往南极洲（通过加利福尼亚州和新西兰），这是另一个气球飞行任务的第一站。 “过去，测试之后你会把它拆开，放在箱子里，放在一艘慢船上去新西兰。这就像一个巨大的套件，“沃克说。 “你们在发射地点把所有的东西都放在一起的压力很大。这是非常乏味的。但是现在，我们正在尝试一个数百万美元的使命，尝试一种新的模式。我们将在美国进行整合和测试，然后将其放在一个特殊的集装箱上，并准备运送。当它到达目的地，我们可以添加太阳能电池板，它会准备在飞行一到两周。这样将会减少人为的损伤。”
这些人，通常是16人，在10月下旬即在发射季开始前一个多月前往南极，（“有很多事情要做，你不想错过麦克默多万圣节派对！”沃克说），他们可能会离开家几个月。一到那里，他们就住在麦克默多的宿舍里，距离罗斯冰架上的发射场约45分钟车程。
NASA的Dwayne Orr等待他在德克萨斯州进行测试的科学气球的发射。 （Dwayne Orr）
美国亚利桑那大学STO和GUSTO运营经理Brian Duffy说：“每个人对此的反应都不尽相同。 “那些出于工作责任到达南极的人往往会讨厌这样，他们怀念他们的家人，特别是在假期。我理解。但我是从八岁起就一直想去那里。罗伯特·斯科特的小屋就在那里，你可以在海冰上看到海豹和企鹅。这是一个非常酷的体验。”
Duffy曾是斯克里普斯海洋学研究所的海军陆战队后勤官员和海洋技术员，之后他转向了天文学，并于2008年加入了气球团队。STO的三个发射季节他都在南极洲。他说：“南极洲是一个严酷而艰难的环境，但是你必须对此有辩证认识。
亚利桑那州立大学研究生克里斯蒂娜·戴维斯（Kristina Davis），帮助开发并成功应用于BLAST气球任务的上的探测器，说道：“你必须习惯的一件事就是缺乏独立的时间。但是你从一切事情中解脱出来。你在这个气泡里。对于很多人来说，这是一个反思的时间。许多重大的人生决策都是在那完成的
团队成员找到他们自己的方式来应对孤立。例如，在STO-2任务期间，戴维斯和一些朋友组织了每周观看滑雪和爬山电影的活动。麦克默多还在感恩节和圣诞节举办派对，在新年还有一个名为“冰壶”的户外音乐节，由支持人员或访问科学团队进行表演。
每个人在长时间学到的一个教训就是，如果装备没有准备齐全，就不能出发，无论它是什么。约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins）研究科学家，GUSTO吊舱运营经理Pietro Bernasconi说：“当你在家的时候，如果有什么损坏了，很容易就能买到替代品。在南极，可能需要长达一个月的时间才能拿到替代品，所以你必须自给自足。”
一旦有效载荷准备就绪，小组就开始最后的部署准备。通常计划在清晨发放，当风最平静时启动。风速超过几节可能导致有效载荷摆动，并可能在气球被释放时撞击地面或发射设备，并且在高达一千英尺高度的风切变可能使气球撕裂。在几个小时的时间内，该团队使用大型起重机将有效载荷移动到位。 Dwayne Orr说：“我们铺好气球，再次检查一切，然后我们握手，确保我们很快乐。”他们将氦气充入气球，大约需要一个小时，然后将其释放，历时几个小时爬升到平流层。
GUSTO将由一种新型的超压气球进行高空飞行。与迄今为止发起大多数研究任务的气球相比，它具有更厚的蒙皮和不同的压力控制系统。在众多优点中，新设计可以随着温度变化而保持恒定的高度，而不需要释放氦气或压舱物。 （尽管GUSTO将在夏季南极点附近发射，在那里没有夜间降温的问题，但它将在几周甚至几个月内开始经历温度变化，从而在整个南极大陆内飘移。）这使得超压气球比以前的零压气球设计可以停留更长的时间。NASA科学气球的最长飞行时间是于2013年创下的纪录55天，（这个气球，SuperTIGER，去年12月又一次发起了新的征程，但是没有发放成功）。 GUSTO的目标是运行100到170天。
在发射时，任务的科学团队从安全的距离观察，当气球被释放时，很享受“嗖嗖”的声音。 Kulesa说：“看到它飞向天空真是太神奇了，是压力的释放又令人振奋。戴维斯补充道：“我们在外面看了五到十分钟，然后每个人都跑到控制中心里面跟它通讯，确保一切工作正常。”
克雷格·库莱萨（Craig Kulesa）戴着面罩，修补由亚利桑那大学南极研究小组负责的地面望远镜HEAT，它用来描绘银河系中的气体和尘埃。 （Courtesy Craig A. Kulesa）
这导致GUSTO和大多数其他气球任务之间的另一个区别。由于任务已经飞行了几天到几周，他们通常从麦克默多的一个小型控制中心和美国的另外一个远程站进行操作。Bernasconi说：“我们没有做好STO- 2的地面控制。我们总是需要有人来监视系统并发送命令。但是我们只有一两个人可以做到这一点。他们在麦克默多（McMurdo）呆了22天，几乎不能睡觉。这绝对是一个繁重的事情。你不能这样做一百天的任务。”
相反，GUSTO将从美国各地的几个站点进行控制，首先是得克萨斯州的一个NASA团队和巴尔的摩的约翰霍普金斯大学的工程师。科学家将监测南极控制中心和仪器设计中心的实验：亚利桑那州，马萨诸塞州，马里兰州和荷兰。每个站点将全天候运行，通过NASA的跟踪和数据中继卫星网络和铱星通信卫星与气球飞行器保持联系，GUSTO实时或近实时地发送观测数据。当有效载荷降落到地面时，大多数其他的气球任务已经将数据记录在硬盘上以便恢复。（STO都这样做了。）
不过，GUSTO可能无法回收。随着南方冬季的推进，极地涡旋将减弱，在南极大陆绕过三，四圈后，GUSTO将离开南极并向北漂移。这将提供科学的额外收获，使其仪器可以看到更多的银河系北部地区。但是它使有效载荷的命运不确定。伯纳斯科尼说：“迄今为止，还没有南极洲的任务离开过这个大陆。我们不知道它会在哪里结束。大约有50％的机会会漂回南极洲。如果不是的话，它可能会漂移到南美和南澳大利亚。但是我们已经有准备载荷会掉在海里。这与太空任务相似。一旦你发射太空船，你就知道你再也看不到它了。这将标志着GUSTO的尾声 ， 消无声息地降落在大海里，不会激起多少波澜，绷紧的心也终于放下了。
在我们的浮空器主题扑克中，当然也少不了NASA高空科学气球的身影，快来找找吧。下面这幅扑克牌，其中有两张的图案是重复的，目光如炬的你能发现它吗
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