Esperienze da pallonari

Ecco a voi un nuovo articolo scritto per questo blog dall’amico
Paolo G. Calisse, astronomo che ha lavorato per vari progetti come ALMA,
Simons Observatory, CTAO e primo italiano a trascorrere un anno intero al Polo
Sud, sempre lavorando come astronomo al locale osservatorio. – Paolo

Esperienze da pallonari

di Paolo G. Calisse

Alla fine degli anni ’80 partecipai al lancio di alcuni palloni stratosferici
scientifici in Italia, dalla ormai dismessa base ASI di Trapani Milo, e in
Francia, dalla base CNES di Aire s/r l’Adour. Approfitto di questa esperienza
personale per chiarire alcuni aspetti di questi dispositivi, di cui si è
parlato molto sulla scia dei recenti avvistamenti. Alcuni aspetti sono
cambiati radicalmente da allora, o variano da un sito di lancio all’altro e a
seconda della tecnologia usata, ma il sistema è rimasto più o meno lo stesso.

Intanto precisiamo: qui si parla di
palloni stratosferici per missioni di lunga durata. Il diametro di
questi palloni, che raggiungono una quarantina di km di quota ed oltre, pari ad una
pressione atmosferica di 4 hPa (ettopascal, l’unità di pressione usata in
genere), può raggiungere i 160 metri di diametro, più o meno quello del Colosseo, il più grande anfiteatro costruito dai romani. Il volume può arrivare
al 1.700.000 m³ di Big 60 (vedi foto). Il carico utile, paracadute, avionica,
etc. a parte, può raggiungere diverse tonnellate di peso (ma pregiudicando in parte
la quota di volo e la durata) e la linea di volo oltre 300 m di lunghezza. 

I voli cui ho partecipato erano tutti di palloni zero-pressure, in
altre parole un’apertura in basso garantiva che la pressione interna del gas
restasse uguale a quella esterna, come avviene con le mongolfiere, ed era solo
la densità più bassa del gas contenuto rispetto all’atmosfera circostante a
fare ascendere il pallone in quota e ad impedire che lo stesso gas fuoriuscisse.
Questi palloni sono costituiti di sottilissimo mylar e riempiti in
genere di idrogeno piuttosto che di elio, in modo da massimizzare la spinta
idrostatica e quindi il carico e/o la quota.

Quando invece si parla di palloni meteo (weather balloon in inglese),
si parla – in genere – di piccoli palloni pressurizzati di lattice, di un paio
di metri di diametro che possono essere lanciati da un singolo operatore o due
o anche da un sistema automatico di lancio. Ne ho lanciati alcuni
dall’Antartide ed è una procedura abbastanza semplice. In genere ascendono in
verticale per poi esplodere ad una certa quota, portando come carico una
radiosonda del peso di qualche etto che trasmette a terra alcuni dati
meteorologici durante l’ascensione. A volte la radiosonde viene recuperato,
ma di solito viene perduta. Se ne lanciano circa 900 da tutto il mondo, due volte
al giorno, e i dati raccolti costituiscono un’informazione essenziale ai
modelli software impiegati per produrre le previsioni del tempo.

Ci sono anche palloni di misura intermedia le cui missioni durano in genere
poche ore, molto utili per testare strumentazione da lanciare in orbita. Ne
lanciai uno per testare un sistema di acquisizione dati disegnato da me e gli
diedi il nome della mia compagna, di allora e di oggi…

Esistono infine quelli superpressurizzati, cioè sigillati e mantenuti
ad una pressione superiore a quella ambiente, che possono mantenere la quota
per centinaia di giorni. In questo caso la pressione può cambiare a causa
dell’insolazione diurna, e quindi anche la loro quota di crociera. Le foto
pubblicate del “pallone cinese” sembrerebbero indicare che si tratta proprio
del caso di questo tipo di pallone. Da notare che, essendo il materiale più
spesso per resistere alla pressione interna a parità di volume questi palloni consentono un
carico massimo inferiore a quelli zero-pressure.

I palloni per uso scientifico vengono lanciati da un numero limitato di siti
al mondo. Molto noto quello di McMurdo in Antartide, la Long Duration Balloon Facility (LSDB) da cui vengono lanciati ogni estate australe molti strumenti scientifici che, grazie al vortice polare, rientrano più o
meno alla base dopo uno o più “giri” intorno al polo.

Il lancio dei palloni stratosferici cui ho partecipato avveniva di solito
appena prima dell’alba o la sera dopo il tramonto, nel momento in cui in molti
luoghi, fateci caso, vi è spesso un breve periodo di calma di vento. Il pallone viene tirato
fuori un’ora o poco più prima del lancio dalla grossa cassa di legno che lo
contiene e steso su una lunga striscia di plastica. Poi viene attaccato
l’enorme paracadute necessario per il rientro della gondola (così viene
di solito indicato il carico, rigorosamente in inglese) e l’avionica di bordo.
Quindi la gondola stessa viene appesa ad una
grossa e potente gru semovente. In totale, il tutto può essere lungo oltre 300
m.

Dal momento in cui si stende il pallone non si può più tornare indietro senza
sprecare il pallone, quindi bisogna avere la certezza che non si alzerà il
vento e si possa lanciare. Quindi si comincia a pompare
idrogeno attraverso dei lunghi manicotti attaccati in alto. Questi comincia
piano piano ad innalzarsi, ma resta in genere quasi sgonfio, perché il gas si
espanderà completamente solo alla quota massima, quando la pressione esterna
sarà una frazione minima di quella al livello del suolo.

Una volta che il pallone era caricato della giusta quantità di gas, dopo un
breve conto alla rovescia, veniva dato l’ordine di lancio. A quel punto tutto
procedeva rapidamente: nel nostro caso la gru cominciava ad accelerare a
grande velocità verso il pallone, a volte impennandosi su due ruote. Mi
rimarrà sempre impressa l’immagine di questo oggetto enorme che si eleva, il
rumore della gru lanciata a tutta velocità e la grande concitazione del
momento. Il sincronismo di tutte queste operazioni è essenziale, anche perché
la grande quantità di idrogeno rende la situazione intrinsecamente pericolosa.
Basta un errore e può avvenire una catastrofe. Una volta mi raccontarono che
un operatore rimase impigliato in una corda del paracadute: potete immaginare
che fine fece (1).

(1) Sorprendentemente, non sono molti i filmati e le foto disponibili
online di un lancio, ma se si vuole comprendere la sequenza di lancio un
buon esempio è fornito dalla Canadian Space Agency
qui. Un altro è il
film prodotto per il lancio di BLAST, il Balloon-Borne Large Aperture Sub-millimeter Telescope dalla Long
Duration Balloon Facility LDBF) a McMurdo, in Antartide. Il film è a
pagamento ma già dal trailer si comprende come funziona più o meno un
lancio. L’unica differenza rispetto ai lanci cui ho partecipato è che in
questo caso lo strumento viene mantenuto immobile mentre il pallone si
innalza in cielo.

Un’altra volta, proprio alla base di Trapani Milo, si verificò una piccola
fuga di gas tra la flangia metallica superiore, che “chiude” il pallone, e lo
strato di mylar nei primi istanti dell’ascensione. Nessuno se ne accorse ma
dopo un po’ la carica elettrostatica creata dal getto di idrogeno tra flangia
e mylar provocò una scintilla ed il getto di idrogeno prese fuoco. Niente
Hindenburg, ci vuole il giusto mix di H₂ ed O₂ per quello, ed
era già giorno al lancio, per cui la fiamma era quasi invisibile. Però il
pallone ricadde a terra, distruggendo il telescopio X a bordo, frutto del
lavoro di anni di un gruppo italiano che guardò la scena con orrore da poche
centinaia di metri, fece dietrofront e senza dire nulla si incamminò verso
l’hangar. Pare che una partita di palloni di una marca molto nota (famosa per
la costruzione di canotti gonfiabili…) avesse questo difetto.

Ci fu anche un gruppo che progettò un piccolo telescopio tenuto in equilibrio
in cima a questa flangia invece che appeso al pallone, in modo da avere la
visuale completamente libera. Si chiamava appunto Top Hat (“cappello a
cilindro”), ma non ebbe grande successo e l’idea venne
accantonata a quanto ne sappia.

Una volta superata una certa quota i palloni seguono le
correnti a getto
o comunque le correnti prevalenti di alta quota (c’è una differenza tra le
due) ed è possibile prevedere dove andranno. Intendiamoci, la previsione non è
perfetta, ma oggi i modelli sono estremamente più accurati. Girava voce tra
“pallonari” (lanciatori di palloni) negli anni ‘80 che se si lanciava per
esempio da Palestine in Texas il NORAD li avrebbe abbattuti se si avvicinavano
a certe aree sensibili. Ad una verifica più attenta, oggi che è disponibile internet,
potrebbe essersi trattato di un caso di “balla” lanciata da…
“pallonari”. Ma a quanto si diceva ai tempi accadde più volte. Non so cosa si
usasse per abbatterli, dato che la quota di volo era MOLTO più elevata di
quella raggiungibile dal proverbiale F-16. Lo sviluppo degli U-2 fu anche
dovuto alla necessità di avere un controllo più puntuale della traiettoria
rispetto a quello dei palloni, e di proteggerli dalla contraerea.

La previsione della traiettoria di un pallone stratosferico era possibile già
allora con una notevole precisione. Alla fine degli anni ’80 collaborai al
lancio di un telescopio su pallone chiamato
ARGO
dalla base dell’Agenzia Spaziale Italiana di Trapani-Milo. La quota elevata e
la relativa economicità dei lanci di pallone, oltre alla possibilità di
recuperare il carico, rendono queste piattaforme estremamente interessanti per
l’astronomia, soprattutto a certe lunghezze d’onda alle quali l’atmosfera è
per lo più opaca. L’esperimento era diretto dal Prof. Paolo de Bernardis,
dell’Università di Roma La Sapienza, che aveva grande esperienza nel lancio di
palloni e che anni dopo avrebbe lanciato dalla base di McMurdo in Antartide il
telescopio BOOMERAnG, un esperimento di cosmologia che ebbe un enorme
successo (e che è un capolavoro anche per l’acronimo usato:
Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation And
Geophysics, visto che ritornava vicino alla zona di lancio guidato dal vortice polare e
aveva a bordo anche un magnetometro ad alta sensibilità che giustificava la
G finale…).

Per il progetto ARGO avevo curato per intero il disegno e la costruzione del
sistema di acquisizione dati: hardware, software e sistema di controllo
termico pressurizzato, non banale a quella quota. Tutto digitale, una novità
visto che prima di allora il gruppo impiegava un registratore a nastro Nagra,
di cui si recuperava la bobina. E tutto fatto in laboratorio con le poche
risorse a disposizione, cercando di minimizzare il peso e la potenza elettrica
richiesta (l’alimentazione era a base di costosissime batterie al Litio). Una
volta testato il sistema nella base ASI, salutai i miei colleghi, presi un
aereo e volai in Spagna, in una località dell’Andalusia vicino a Huelva, sulla
costa atlantica. Lì vicino c’era una base militare,
El Arenosillo, dalla quale si lanciavano missili suborbitali, dove si attendeva l’arrivo
del pallone, guidato appunto da una corrente a getto transmediterranea (2).

(2) Dalla stessa base potrebbero essere lanciati quest’anno i primi razzi
suborbitali recuperabili europei, i
Miura. Vedremo!

Era agosto, faceva un caldo bestiale ma confesso con un po’ di imbarazzo che
si trattò di una bellissima “vacanza”. La mattina infatti chiamavo la base di
Trapani-Milo per sapere se avevano lanciato. Per due settimane mi risposero di
no a causa delle condizioni meteo non favorevoli o di qualche problema
tecnico. A quel punto prendevo la macchina e andavo a vedere qualcosa nei
dintorni, o a leggere un libro in piscina. Così visitai per bene Sevilla,
Cadiz, Huelva, ecc.

Un giorno però la vacanza terminò: la sera prima infatti, alle 22:45, il
telescopio era stato lanciato. Raggiunta la quota di crociera il pallone
“salì” sulla corrente a getto e si incamminò verso la Spagna…

Il giorno dopo ad Arenosillo cominciammo a ricevere la telemetria del pallone.
E’ importante seguirlo per controllare i dati di “housekeeping”, che misurano
le condizioni di volo (temperatura, quota, etc.) e per raccogliere almeno
alcuni dati nel caso il mio sistema non avesse funzionato. Ma anche per
verificare la direzione e prevedere quando dare il segnale di sgancio della
gondola, che “taglia” anche il pallone, in modo che cada a terra e non
rappresenti un pericolo per la navigazione aerea. Il momento dello sgancio
della gondola va deciso con cura, in quanto determina dove il pallone
atterrerà. Bisogna infatti minimizzare la possibilità che cada su centri
abitati, nell’oceano, o in corsi d’acqua, anche se questa possibilità non è
mai nulla.

Il pallone si avvicinava sempre più, seguendo perfettamente la traiettoria
prevista. Nella piccola control room vicino alla spiaggia fissavamo con
attenzione i vari monitor e rack di elettronica. Ad un certo momento però
dissi, nel mio stentato spagnolo: “ragazzi, scusate, ma se sta lì… non
dovrebbe essere perfettamente visibile ad occhio nudo??”. Uscimmo, era il
tramonto e il pallone proveniva da Est. Guardando in cielo si vedeva
chiaramente un grosso cerchio bianco, illuminato perfettamente dal Sole. Non
grande come la Luna ma MOLTO più grande e brillante di qualsiasi oggetto
visibile in cielo. Abbastanza inquietante, direi. Perché lo racconto: perché
questo dimostra che la stabilità delle correnti a getto permetteva anche
allora di prevedere abbastanza agevolmente il punto di arrivo. La distanza tra
Milo e e Arenosillo è infatti di circa 1.700 km, ma il pallone era giunto a
non più di una decina di km dal punto di arrivo previsto, un errore del 5 per
mille!

Aspettammo ancora un po’ e poi, in base ai venti locali, inviammo il comando
di sgancio. A quella quota la pressione è talmente bassa che il carico viene
giù praticamente in caduta libera per circa 20 km, appeso all’enorme
paracadute, che rimane chiuso. Proprio per questo sono stati usati palloni per
avere qualche decina di secondi di “microgravità” a basso costo. Lo vedemmo
quindi volare giù come un sasso, fino a quando quasi di colpo il paracadute
bianco e rosso si aprì, e cominciò a fluttuare di nuovo nel cielo.

Al momento dell’apertura del paracadute, a circa 20 km di quota, gli
accelerometri di bordo registrarono, se non ricordo male, accelerazioni di 9
g, non poco per la struttura. Il pallone invece, squarciato, cambiò
improvvisamente forma, cominciando a sciabolare nel cielo. Si racconta che una
volta, in Francia, un pallone atterrò su un casolare di campagna, coprendolo
completamente: la mattina il contadino aprì la finestra e scoprì di essere
avvolto in un involucro di costosissimo mylar – quasi
10 ettari – perfetto per coprire una serra. Sembra che si mise
d’accordo con il CNES, l’agenzia spaziale francese, che non avrebbe denunciato
i danni se gli fosse stato permesso di tenerselo per sé.

Ma torniamo in Andalusia. Il problema è che non fummo i soli a guardare
quell’insolito fenomeno. Tutta la regione, incluse molte cittadine, ci fece
caso. Molti, impauriti, intasarono le linee telefoniche chiamando la Guardia
Civil, convinti che fossero arrivati gli alieni. Noi avevamo comunicato la
cosa e quindi teoricamente non ci sarebbero stati problemi ma il carico
veleggiò appeso al suo grosso paracadute bianco e rosso, passando sopra alcuni
remoti villaggi di una zona rurale vicino Cadiz. Alcuni contadini lo videro,
caricarono le loro cose sul carretto trainato da un asino e lasciarono casa
terrorizzati.

Il giorno dopo, all’alba, una lunga carovana di auto, camion, gru etc. partì
alla ricerca del telescopio, localizzato da una ricognizione aerea la sera
precedente ad Ovest di un antico paesino Andaluso, Montellano. Un’altra volta,
in Francia, ero andato anch’io a cercare la gondola con un piccolo Piper
bielica in una zona remota dei Pirenei. Divertentissimo, ma questa volta avevo
un altro incarico: dovevo smontare il sistema di acquisizione dati per
riportarlo a Roma, e purtroppo non potei partecipare alla ricerca, che
includeva voli a bassissima quota per scattare foto delle condizioni della
gondola.

Attraverso la rete di strade bianche della finca (fattoria),
raggiungemmo finalmente il punto più vicino possibile al telescopio, che
giaceva accanto ad un boschetto: la scena sembrava presa da un film di
fantascienza di serie B. Eccolo li, col suo grande specchio di alluminio, il
telaio lucente inclinato su un lato. Con il camion non ci si poteva avvicinare
di più, e la distanza, un duecento metri, andava coperta a piedi sul terreno
appena arato.

Scendere dal camion, prendere qualche foto, smontare il sistema di
acquisizione, impacchettarlo e tornare a casa. Semplice no?

Non esattamente.

Una piccola mandria di giovani tori da corrida, probabilmente incuriositi dal
curioso manufatto, pascolava a una decina di metri dal telescopio. La zona
veniva infatti utilizzata per l’allevamento di tori Miura da combattimento.
Guardai le sagome di quegli enormi bovini. Erano talmente grossi e neri da
sembrare letteralmente buchi tagliati nel paesaggio. Seduto accanto al
posto di guida di uno dei camion, guardai l’autista e chiesi “e adesso come si
fa?”. Costui, un omaccione con la faccia rotonda, mi guardò ridendo, mi diede
alcune “amichevoli” pacche sulla spalla e rispose “No te preocupes. ¡Muévete lentamente y no les mires a los ojos!” (“Non ti preoccupare, muoviti piano e non guardarli mai negli occhi!”).

Facile a dirsi! Cercai di assicurarmi che non ci fossero pericolosi malintesi
dovuti al mio incerto castigliano. Guardai con particolare orrore la
piccola cassetta degli attrezzi che mi ero portato dall’Italia per fare il mio
lavoro, dipinta di… rosso (3). Ma ero giovane e un po’ ingenuo, e mi
scocciava mostrare di essere un fifone al camionista spagnolo, e alla fine
scesi dal camion.

(3) Si, oggi lo so che i tori non sono sensibili al rosso. Ma ai
tempi i telefoni cellulari non esistevano, ed assicurarsi che ai tori
mancassero i conetti nella retina non era proprio facile…

Mi incamminai incerto tra le zolle. La piccola mandria – 7 o 8 di quei
bestioni – smise di ruminare e mi guardò con l’aria di una gang che guarda
avvicinarsi un fighetto in giacca e cravatta col Rolex al polso, alle tre di
notte, nel Bronx.

Percorsi quei 200 metri circa in un silenzio glaciale, col cuore in gola,
evitando con cura di intercettare anche solo per sbaglio lo sguardo di uno di
loro, sotto il sole cocente dell’estate andalusa (45 gradi) chiedendomi se per
caso i cari amici spagnoli volessero solo fare una battuta e fossero
rimasti sconcertati al vedere che ese italiano imbécil ci avesse
creduto veramente!

Giunto alla gondola, notai qualche familiare LED acceso. Buon segno, pensai.
Cominciai a controllare con nonchalance lo stato del telescopio e a scattare
foto con la mia vecchia Nikkormat. Avvertivo il respiro pesante e l’odore di
muschio degli enormi bestioni neri, che avevano ripreso a ruminare a pochi
metri di distanza. C’era qualche danno prodotto dal Sole concentrato dal
primario su alcuni cavi, ma niente di irrecuperabile. Il terreno era morbido
per l’aratura, gli impattatori di cartone ondulato, che si schiacciavano
all’atterraggio, avevano protetto la struttura dall’impatto e l’atterraggio
non aveva prodotto gravi danni, anche grazie alla mancanza di vento. Presi
cacciavite e chiavi inglesi, muovendomi piano e cercando di non creare troppo
disturbo alla mandria, e cominciai a smontare il sistema di acquisizione e a
smontare i dischi rigidi.

Raccolsi tutto e con molta, moltissima calma mi incamminai verso il camion.
Vedevo le facce dei “cari” colleghi spagnoli fissarmi al sicuro della cabina
del camion. L’impressione è che ridacchiassero, ma non feci molta attenzione a
questi dettagli visto che stavo camminando
volgendo le spalle ad una mandria di tori da corrida.

Tutto andò bene, comunque: gli spagnoli avevano ragione. Di nuovo al sicuro
nel camion, con i preziosi dischi rigidi in mano, altre pacche sulle spalle,
altre gran risate. Un grosso elicottero agganciò la grossa struttura e la
caricò sul pianale del camion. Sulla via del ritorno ci fermammo in una
piccola trattoria di campagna a mangiare bocadillos e a bere
vino tinto per festeggiare il successo della missione. Me ne stavo un
po’ da una parte a guardare gli spagnoli (capivo poco cosa dicevano). E sarà
per la tensione accumulata, e magari per il contributo offerto dall’ottimo
tinto, ma ricordo ancora quel pranzo sotto la pergola per il totale stato di
flow mentale in cui mi trovai. Ero sopravvissuto, tutto era andato a
buon fine, i dati erano al sicuro, pronti per essere analizzati. Fatto sta che
non dimenticherò mai quel meraviglioso momento di assoluta felicità.