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 Dalla mongolfiera alla radiosonda moderna
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traduzione di Aki IZ0MVN

Vedere anche: Palloni-Sonda e Radiosondaggio: generalitàAgli albori del radiosondaggio 1920-1945


I primi "più leggeri dell'aria"

Osservando il fumo salire nel suo camino Joseph MONTGOLFIER immaginò nel 1782 l'uso della forza ascensionale dell'aria calda per sollevare una massa. Riuscì a convincere suo padre e i suoi fratelli, cartai ad Annonay, a fabbricare un involucro in tessuto, poi uno più grande in carta, per verificare le sue ipotesi. Dopo una prova avvenuta il 25 aprile 1783 la prima esperienza pubblica di aerostazione avvenne il 4 giugno 1783 (foto a lato); fu un immenso successo.
A Parigi, Jacques Alexandre CHARLES e Marie-Noël ROBERT sentirono parlare della macchina dei fratelli Montgolfier e si attivarono per realizzare un pallone che, riempito di "gas infiammabile" (che Lavoisier non aveva ancora battezzato "idrogeno"), scoperto dal fisico inglese Henry Cavendish nel 1766, si sarebbe sollevato grazie alla differenza di densità tra questo gas e l'aria. Il 27 agosto 1783, dopo qualche peripezia, il pallone decollò da Campo di Marte per atterrare 16 chilometri più lontano, a Gonesse. Il grande pubblico si appassionò a queste esperienze nell'attesa di vedere un uomo affrancarsi della gravità.


Primi voli abitati

Volare come un uccello è uno dei più antichi sogni umani. Dopo il loro inizio di giugno 1783, i fratelli Montgolfier prepararono un involucro capace di sollevare un carico utile di svariate decine di libri (non si parlava ancora di chilogrammi). Senza indugi, si misero al lavoro e, il 19 settembre 1783, avvenne il primo volo abitato; il pallone ad aria calda costruito per la circostanza trasportava una pecora, un'anatra e un gallo a 500 metri di altezza. Il ritorno al suolo degli animali avvenne senza problemi per i passeggeri; era giunto il momento di tentare l'esperienza con un essere umano.
Dopo vari voli vincolati, in cui la mongolfiera veniva mantenuta al suolo con delle corde, avvenne il primo volo pilotato della storia, a Parigi il 21 novembre 1783, con Jean-François Pilâtre de Rozier ed il marchese François Laurent d'Arlandes. Durò 25 minuti durante i quali il pallone ed i suoi due occupanti percorsero 9 chilometri.
Il 1 dicembre 1783 Jacques Charles et Marie-Noël Robert presero il volo in un pallone a gas.
Il pallone venne molto presto usato dagli scienziati, come Jean-Baptiste Biot e Louis Joseph Gay-Lussac che effettuarono nel 1804 un'ascensione fino a 4000 metri con lo scopo di studiare il campo magnetico terrestre in quota. Numerose altre esperienze ebbero luogo nel corso del XIX secolo, a volte terminate tragicamente, come quella dello Zénith a Ciron il 16 aprile 1875, dove due dei tre aeronauti, Théodore Sivel et Joseph Crocé-Spinelli, morirono asfissiati a circa 8000 metri di quota.
Il 25 settembre 1852 Henri Giffard effettuo il primo volo in pallone dirigibile, gonfiato con gas da illuminazione (foto a lato). Veniva mosso da un motore a vapore da 150 kg. I rischi presentati dalla vicinanza della caldaia al pallone riempito di gas infiammabile (quando non è idrogeno) ma anche le variazioni della massa del carico sollevato (a causa della combustione del carbone e dell'evaporazione dell'acqua) limitano, a quest'epoca, lo sviluppo del dirigibile.

Il primo pallone sonda

Prima dell'avvento dei palloni-sonda, le misure a bassa quota (inferiori a 300 m) erano praticate con cervi volanti o con palloni vincolati. Per le quote più alte venivano effettuate esclusivamente con operatori aeronautici. Gli incidenti non erano rari e i mezzi richiesti erano ingenti e costosi. Per queste ragioni l'11/10/1892 Gustave Hermite e Georges Besançon tentano e riescono nel primo rilascio di pallone-sonda. Si tratta di un pallone che trasporta un barografo, di costruzione molto semplice, basato sull'uso di una capsula aneroide la quale fa spostare uno pennino che lascia una traccia su un disco ricoperto di nero-fumo. Questo primo pallone-sonda salì a 1200 m di quota e percorse 75 km.
Questa esperienza fu la prima di una serie portata avanti dall'Unione Aerofila di Francia. "Aerofilo" era il nome portato dai palloni rilasciati nel quadro di questa campagna, con quote raggiunte di più di 8000 metri. Qualche mese più tardi i Tedeschi tentano delle esperienze simili per misurare nello stesso tempo la temperatura e la pressione. Il nome di codice dei palloni utilizzati è "Cirrus". Essi raggiungono la quota di 16000 m e misurano temperature di -50 gradi. A partire dal 1896 avvengono delle prove congiunte tra Germania, Francia e Russia. Il nome dei palloni utilizzati durante questa campagna scientifica è "Strasbourg".
Léon Teisserenc de Bort, meteorologo francese impiegato al Ufficio Centrale Meteorologico, fonda nel 1896 un suo Osservatorio di Meteorologia a Trappes. Nel quadro dei suoi studi dell'atmosfera, egli effettuò più di 200 rilasci di palloni-sonda che gli permisero di provare l'esistenza di uno strato (la stratosfera), situato al di sopra della troposfera e nel quale la temperatura risale con la quota al di là di un limite (la tropopausa) di cui ha messo in evidenza le variazioni di quota in funzione della stagione e della posizione geografica. Questi palloni-sonda trasportavano un dispositivo registratore (temperatura, pressione), il météographe, che conservava, sotto forma di tracciato, i valori misurati. Dopo lo scoppio, la gondola ridiscendeva sotto paracadute e attendeva pazientemente che un passante, un paesano o un taglialegna la ritrovasse e la rinviasse al mittente.
Lo sviluppo dell'aviazione permise delle misure a quota bassa e media installando dei meteografi negli aerei. Diventava, allora, possibile reperire rapidamente un gran numero di misure ad un costo relativamente basso ma i previsori chiedevano più dati concernenti le quote superiori a 5000 metri, il pallone-sonda era l'unica soluzione.

La prima radiosonda

E' ancora in Francia che viene rilasciata la prima radiosonda. L' 8 marzo 1927 il fisico Pierre Idrac ed il meteorologo René Bureau, installando un trasmettitore a tubo elettronico in un pallone-sonda, provano altresì che è possibile ricevere i segnali emessi dalla stratosfera. Incoraggiato da questo successo, Robert Bureau lavora alla realizzazione di una radiosonda capace di ritrasmettere al suolo le informazioni di temperatura e di pressione in funzione della quota. Il lancio della prima radiosonda della storia avvenne il 17/01/1929 e raggiunse l'altitudine di 13000 metri.

Evoluzione delle radiosonde

L'esempio di Robert Bureau fu seguito molto rapidamente, nel gennaio 1930 dal Sovietico Pavel Molchanov e nel maggio 1930 dal Tedesco Paul Duckert, poi nel dicembre 1931 dal Finlandese Vilho Väisälä, il fondatore della più importante fabbrica attuale di radiosonde. Nel 1936 negli Stati Uniti veniva organizzata una rete che permise di praticare misure coerenti e coordinate su vasta scala.
Le misure dei venti venivano effettuate dagli anni 40 con l'aiuto di radio-teodoliti che misuravano manualmente gli spostamenti della radiosonda utilizzando i principi che noi conosciamo in radio-goniometria. In seguito i movimenti delle radiosonde sono stati seguiti con RADAR, o ancora grazie all'uso del sistema di navigazione LORAN-C ed infine con l'aiuto del GPS.
Le prime radiosonde utilizzavano un emettitore VHF a tubo elettronico e la codifica dei dati, prima della trasmissione, era assicurata da movimenti meccanici ad orologeria, sistemi ingegnosi ma abbastanza imprecisi (foto a lato).

Le prestazioni delle RS hanno seguito l'evoluzione della tecnologia con la comparsa negli anni '60 dei trasmettitori a transistori e negli anni '80 dei moduli costruiti con circuiti integrati. I PIC sono ora correntemente usati nelle radiosonde. I sensori sono molto evoluti per affidabilità, maggiore precisione e costo molto basso. La foto a lato mostra il sensore barometrico e una parte della piastra di misura di una RS92-KL. Si può valutare l'evoluzione tecnologica comparando la foto precedente con questa. Cinquant'anni di tecnologia le separano.
La decodifica delle misure, che altrimenti richiedevano fastidiosi calcoli, è rapidamente effettuata da un micro-elaboratore che successivamente trasmette i suoi risultati, attraverso Internet, a una base di dati mondiale che ci permette di effettuare i calcoli previsionali di traiettoria.



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