FR3027283A1

FR3027283A1 - Ballon ionospherique et systeme d'emport de ballons ionospheriques

Info

Publication number: FR3027283A1
Application number: FR1402317A
Authority: FR
Inventors: Olivier Grosjean
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2016-04-22
Anticipated expiration: 2034-10-15
Also published as: FR3027283B1

Abstract

Ballon ionosphérique et système d'emport de ballons ionosphériques. Un ballon ionosphérique (10) comprend une enveloppe (12) contenant en son intérieur une substance à un état condensé (46, 50), pour les pressions et les températures prévues pour le stockage et le lancement. Lorsque l'enveloppe est exposée au vide ou aux très basses pressions, cette substance gonfle l'enveloppe par vaporisation ou sublimation. Le ballon comprend en outre une plateforme (16) reliée à l'enveloppe par une ou plusieurs laisses (14), la plateforme portant au moins un capteur de mission ainsi qu'un système électronique d'enregistrement et/ou de retransmission connecté au capteur de mission. Un système d'emport de ballons ionosphériques est également divulgué. Les ballons peuvent être utilisés, notamment, pour l'étude in situ de l'ionosphère et/ou comme système de télécommunication ad-hoc, et/ou de système d'observation et/ou de système de mesure des caractéristiques de propagation des ondes électromagnétiques.

Description

Domaine Technique [0001] De manière générale, l'invention concerne un ballon ionosphérique et un système d'emport d'une pluralité de tels ballons, notamment pour une fusée sonde ou spatiale ou un lanceur. Arrière-plan technologique [0002] On connaît les ballons-sondes employés pour effectuer des mesures dans l'atmosphère. Ce sont des aérostats généralement lancés depuis le sol ou du moins les basses couches atmosphériques pour emporter des expériences à des altitudes élevées. Les ballons-sondes existent en différents types, dont certains peuvent 10. atteindre des aititttdes jusqu'à 45 km. [0003] L'exploration de la haute atmosphère, notamment les altitudes entre 50 et 200 km se fait généralement à l'aide de fusées-sondes. Celles-ci sont assez coûteuses et ne permettent de sonder cette plage d'altitudes que pendant quelques minutes au maximum (6 minutes au maximum). 15 [0004] Des substances qui se subliment lorsqu'elles se trouvent exposées au vide ont été utilisées dans les technologies de l'espace pour notamment gonfler des antennes. Le site « MITnews » de l'Institut de technologie du Massachusetts a publié un article à ce sujet le 5 septembre 2013 (Jennifer Chu, « Inflatable antennae could give CubeSats greater reach » - « des antennes gonflables pourraient augmenter la 20 portée des CubeSats. ») L'idée elle-même est toutefois déjà beaucoup plus vieille, comme le montre la note technique de la NASA no. TN D-2194 relative au système de gonflage du satellite Echo I lancé en 1960. Le document US 5 242 134 décrit un système d'évacuation de déchets pour une station spatiale, comprenant un conteneur de déchets et un ba,Upn gonflable par sublimation d'une substance. Le ballon est 25 configuré pour freiner le conteneur de déchets et de le forcer ainsi sur une trajectoire de rentrée. Lesfflatériaux et la configuration du système sont choisis de sorte à cedue le conteneur et le ballon soient complètement détruits par la chaleur développée par le frottement lors de la rentrée atmosphérique.

Problème technique [0005] L'objectif de la présentelnverrtion est de présenter un nouveau type de sonde de haute atmosphère pour explorer des zones supérieures d'une atmosphère planétaire dans lesquelles la densité cause une tramée significative pour un satellite mais reste trop faible pour donner lieu à une poussée d'Archimède suffisamment élevée pour maintenir un ballon en équilibre avec la pesanteur. Description générale de l'invention [0006] Le concept de ballon ionosphérique est celui de ballons injectés en orbite basse ou sur une trajectoire suborbitale pour effectuer une rentrée atmosphérique 10 dans le cadre de l'exploration in situ de l'ionosphère de la Terre ou de la haute atmosphère d'une planète ou d'un satellite du système solaire. A l'inverse d'un ballon-sonde classique, le ballon ionosphérique est conçu pour descendre depuis l'espace dans l'atmosphère. Avec les ballons ionosphériques, il est possible de pratiquer des mesures dans la haute atmosphère terrestre (50 km- 300 km) pendant des durées de 15 une à trois heures. [0007] Par exemple, cette injection peut être effectuée depuis un lanceur ou une fusée à une altitude comprise entre 250 km et 600 km. L'injection peut aussi être effectuée depuis un satellite ou une station spatiale. L'injection peut enfin être effectuée depuis une fusée sonde à une altitude comprise entre 150 km et 400 km sur 20 une trajectoire suborbitale. Par exemple, une capsule contenant le ou les ballons ionosphériques pourrait être injectée à une altitude d'environ 150 km sur un arc suborbital culminant à entre 200 km et 300 km. Le ballon après avoir été éjecté et déployé en orbite est vulnérable au risque de perforation par des micrométéorites. Afin de limiter la durée entre la phase d'éjection des ballons hors de la capsule et la phase 25 de rentrée atmosphérique, on limite de préférence l'altitude initiale à 600 km. La durée d'attente en orbite est à cette altitude d'environ trois jours. L'injection à 400 km, qui est préférable, limite cette durée à environ 2 heures. L'injection sur un arc suborbital par une fusée sonde est aujourd'hui considérée une solution avantageuse, parce que le système de lancement est moins coûteux qu'un système (le lancement en orbite, le 30 pic thermique auquel le ou les ballons sont soumis est moins élevé, l'incertitude du lieu de l'atterrissage est considérablement réduite. Ce dernier point peut être d'importance si le ou les ballons doivent être récupérés après l'atterriesege parce qu'il est possible de prévoir et de choisir la zone d'atterrissage. En outre, il est possible de réaliser de vols de ballons-sondes traditionnels pour assister les ballons ionosphériques (p.ex. pour le relais de données, la localisation, etc.) ou pour effectuer des expériences complémentaires. Il est également possible de prévoir des stations de télécommunication pour effectuer la récupération des données. [0008] Selon un aspect avantageux de l'invention, un ballon ionosphérique comprend une enveloppe contenant dans son intérieur une substance de gonflage à un état condensé (solide et/ou liquide), pour les pressions et les températures prévues pour le stockage et le lancement. Lorsque l'enveloppe est finalement exposée au vide ou 10 aux très basses pressions, cette substance gonflera l'enveloppe par vaporisation ou sublimation. Le ballon ionosphérique comprend en outre une plateforme (ou nacelle) reliée à l'enveloppe par une ou plusieurs laisses, la plateforme portant au moins un capteur de mission ainsi qu'un système électronique d'enregistrement et/ou de retransmission connecté au capteur de mission. 15 [0009] Afin de limiter la température du ballon lors de sa rentrée depuis une orbite, le flux thermique doit être limité. De préférence, le ballon ionosphérique est configuré de sorte à ne pas dépasser les 135°C lors de la rentrée atmosphérique, ce qui correspond à un flux thermique maximal encouru inférieur à 1000 VV/m2. Le flux thermique peut être réduit si l'on choisit un corps de rentrée possédant d'une part une très faible masse 20 surfacique et présentant un coefficient aérodynamique de portance positive. Par « masse surfacique », on entend ici le rapport entre la masse totale du ballon et sa surface portante, c.-à-d. la surface alaire du ballon qui est approximativement la surface projetée du ballon sur le plan horizontal. [0010] Un ballon ionosphérique selon l'invention possède avantageusement une 25 faible nesse surfacique, de préférence inférieure à 80 g/m2, plus préférablement inférieure à 50 g/m2, et encore plus préférablement inférieure à 30 g/m2. Le ballon ionosphérique est de préférence configuré pour avoir un rapport Cz/Cx (rapport portance/traînée encore appelé « finesse ») supérieur à zéro. En régime d'écoulement moléculaire hypersonique, la finesse s'élève de préférence à 0,25. Ceci permet de 30 réduire le flux thermique d'un facteur 0,6. De même en régime laminaire hypersonique, il est préférable que le coefficient de tramée soit inférieur à 0,6 et que la finesse soit supérieure à 0,6. Pour les régimes d'écoulement laminaire subsonique ou turbulent, la finesse s'élève de préférence au moins à 2 .La forme du ballon ionosphérique est de préférence telle que l'incidence du plan du ballon soit stabilisée à un angle d'attaque compris entre 25° et 400 et que les coefficients aérodynamiques favorables (Cx,moléculaire = 1,0, Cx,laminaire = 0,6, Cz,moléculaire = 0,25 et Cz,laminaire = 0,4) soient obtenus pour cet angle d'attaque. Avec les valeurs indiquées, on limite le flux thermique maximal à 1000 W/m2. [0011] On note qu'en orbite le ballon n'est soumis qu'au flux solaire direct et au flux d'albédo. Dans le cas d'un ballon fabriqué avec un film de polytéréphthalate d'éthylène (PET), la température d'équilibre en éclipse est de -21°C et en exposition au soleil de -4°C. Ce film est pratiquement transparent à la lumière du soleil. Les molécules de l'atmosphère raréfiées, bien qu'animées de vitesses importantes correspondant à une température de 600°C, ne transmettent qu'un flux thermique très limité. Les conditions de température et de pression ionosphériques mentionnées ci-dessus correspondent donc à une plage de températures d'environ -25°C à 0° et une pression inférieure à 10-6 Pa. Le ballon sera sujet à l'échauffement lors de la rentrée. La température maximale qu'il atteindra dépend du flux thermique maximal de rentrée et du flux solaire. Le tableau suivant renseigne les températures maximales en fonction du flux thermique maximal pendant la rentrée atmosphérique : Flux Thermique maximal Température maximale en éclipse Température maximale en exposition au soleil de rentrée En orbite : 0 W/M2 -21°C -4°C 500 W/M2 77°C 84°C 600 W/M2 90°C 96°C 800 W/M2 111°C 116°C 1000 W/M2 129°C 134°C La plage des températures auxquelles le ballon gonflé est exposé est donc d'environ -20° à 135°C dans le cas d'un flux thermique maximal de 1000 W/m2 ou d'environ - 20 20°C à 100°C-dans le cas d'un flux thermique maximal de 600 W/m2. [0012] Le choix d'une faible masse permet de porter une flottille de ballons ionosphériques dans les hautes couches atmosphériques à l'aide d'un seul lanceur. La flottille peut ensuite être relâchée en une seule fois (endéans quelques minutes) ou de manière étalée sur un laps de temps plus important (de l'ordre d'une dizaine de minutes à quelques jours.) Il est donc possible de réaliser des sondages échelonnés dans le temps et dans l'espace, avec de nombreux points de mesure et d'étudier ainsi des phénomènes de longue durée survenant dans l'atmosphère haute. [0013] L'intérêt du système de gonflage par vaporisation- ou sublimation est, d'une part, qu'il est entièrement passif et ne requiert donc aucune valve ou bouteille de gaz pressurisée. D'autre part, le ballon stocké (plié) occupe un volume beaucoup plus confiné que son volume à l'état gonflé. On estime que le rapport du volume à l'état gonflé au volume à l'état plié peut être de l'ordre de 10 000 (à condition que la substance de gonflage soit entièrement sous forme solide ou liquide lorsque le ballon est plié et qu'il ne reste que très peu de gaz résiduels enfermés pendant la production. L'absence de valve et d'une bouteille de gaz s'avère très avantageux pour atteindre une faible masse totale et permettre un stockage compact. L'absence de bouteille de gaz réduit également les risques pendant la phase de lancement. [0014] La substance de gonflage est de préférence choisie de sorte à ce qu'elle ait une pression de vapeur saturante comprise dans la plage de 10 à 500 Pa à -20°C, de préférence dans la plage de 10 à 400 Pa à -20°C, p.ex. n'éthylène glycol diéthyl éther. La pression de vapeur saturante détermine la pression maximale de gonflage à condition que le dosage de la substance soit saturé (c.-à-d. que l'enveloppe contienne suffisamment de substance pour être entièrement gonflée.) En cas de dosage saturé, le ballon ionosphérique reste gonflé jusqu'à ce qu'il ait atteint une altitude en-dessous de laquelle la pression environnante est supérieur à la pression de vapeur saturante. Une enveloppe pressurisée à 25 Pa se rétracte en-dessous d'une altitude d'environ 58 km. Avec une pressurisation de 250 Pa, l'enveloppe peut être maintenue gonflée jusqu'à une altitude d'environ 42 km. Il y a cependant le problème que la température du ballon varie de manière significative au cours de la rentrée atmosphérique. La pression de vapeur saturante augmentant fortement avec la température (dans la plage de -20°C à 130°C on observe une dynamique de pression de vapeur saturante de plusieurs centaines, la pression de vapeur saturante double couramment tous les 10°C à 20°C), un dosage saturé de la substance de gonflage pourra entraîner une augmentation importante de la pression de gonflage au cours de la descente. Le dosage de la substance de gonflage est donc effectué en fonction du dimensionnement mécanique de l'enveloppe. Au cas où la pression de gonflage risquerait de dépasser la pression de gonflage maximale autorisée, l'enveloppe comprend de préférence une soupape de sécurité, permettant de limiter la pression à l'intérieur de l'enveloppe. Une autre option est de limiter la quantité de la substance de gonflage de manière telle que la pression de gonflage ne dépasse pas la valeur maximale autorisée. Si le dosage de la substance de gonflage est non saturé au- dessus d'une certaine température Ti, à laquelle la pression est pi, alors la pression maximale pmax atteinte à la température Tmax se calcule d'après la loi des gaz parfaits : pmax/pi = Tmax/Ti, où les températures doivent être indiquées en degrés Kelvin. La dynamique de pression est alors réduite d'un facteur 1,6. [0015] L'avantage d'utiliser un dosage de substance de gonflage saturé est de 10 pouvoir compenser des fuites de gaz, p.ex. causées par des micrométéorites. [0016] Pour ajuster le gonflage de l'enveloppe à des conditions extérieures changeantes en cours de vol, on peut choisir un mélange de plusieurs substances de gonflage différentes. La ou les substancesde gonflage peuvent prendre la forme d'une poudre cristalline ou amorphe, d'un liquide imprégnant l'intérieur de l'enveloppe 15 étanche, d'un gel, etc. [0017] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention on utilise plusieurs substances de gonflage. Dans ce cas, l'une des substances possède la pression de vapeur saturante dans la plage indiquée, ce qui permet de gonfler l'enveloppe à haute altitude. Cette substance serait présente en dosage non saturé. La deuxième 20 substance, présente en dosage saturé, aurait p.ex. une pression de vapeur saturante dans la plage de 25 à 250 Pa à la température maximale atteinte pendant la descente (ce qui implique une pression de vapeur saturante moins importante à -20°C.) La deuxième substance de gonflage a un intérêt principalement pour garantir la forme de l'enveloppe en cas de fuites légères. La deuxième substance en dosage saturé peut 25 présenter une gamme de pression de vapeur saturante plus élevée atteignant 10000 Pa à 60°C. Dans ce cas, les enveloppes gonflées seront dotées d'un dispositif de soupape permettant de limiter la pression de l'enveloppe à la limite mécanique acceptable pour celle-ci. [0018] Selon un mode de réalisation préféfé de l'invention, l'enveloppe comprend un 30 ou plusieurs compartiments de structuration, qui à l'état gonflé, tendent une ou plusieurs membranes, de sorte à former une surface alaire. L'un ou les plusieurs compartiments peuvent former, p.ex., un tore ou un arc. La ou les membranes peuvent délimiter un ou plusieurs autres compartiments. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'enveloppe est configurée pour avoir globalement une forme lenticulaire â l'état gonflé. [0019] L'enveloppe peut être à un seul compartiment (ou chambre) ou comprendre plusieurs compartiments (sans connexion fluidique entre eux.) Par exemple, l'enveloppe peut comporter un premier compartiment de forme lenticulaire, maintenu en forme par un deuxième compartiment ou un groupe de-compartiments de forme toroïdale. En cas de plusieurs compartiments isolés, chaque compartiment comprend une substance de gonflage. Les substances de gonflage peuvent être identiques ou différentes. [0020] Pour permettre de donner à l'enveloppe une forme adaptée à l'aérodynamisme (p.ex. une forme lenticulaire ou alaire), on peut la structurer avec des compartiments de structuration (p.ex. des boudins toriques) à plus faible volume mais pressurisés davantage que les autres compartiments à plus grand volume. Par leur plus forte pressurisation, les compartiments de structuration peuvent résister à des pressions environnantes plus élevées et contribuent ainsi au maintien de la forme du ballon à des altitudes plus basses. Une structure basée sur des compartiments pressurisés est avantageuse par rapport à des techniques de structures rigides déployables, notamment à cause de leur masse plus faible, l'absence de mécanismes complexes et le système de déploiement par gonflage totalement passif. [0021] Des compartiments de structuration du ballon contiennent de préférence une substance de gonflage ayant une pression de vapeur saturante dans la plage de 200 à 500 Pa à -20°C. Des compartiments non structurants du ballon contiennent de préférence une substance de gonflage ayant une pression de vapeur saturante dans la plage de 20 à 500 Pa à -20°. [0022] Selon un mode de réalisation avantageux du ballon ionosphérique, l'enveloppe comprend un compartiment de structuration toroïdal ou un groupe de compartiments de structuration ayant ensemble une forme toroïdale. L'ouverture au centre du tore peut être occupée ou faire partie d'un autre compartiment ou groupe de compartiments, de sorte à ce que l'enveloppe dans son ensemble ait une forme lenticulaire ou de disque. Selon une autre option, une membrane faisant fonction de voile sous-tend l'ouverture du tore qui maintient la membrane en forme. [0023] Selon un autre mode de réalisation avantageux du ballon ionosphérique, l'enveloppe comprend un compartiment en forme d'arc, tendant une membrane qui délimite l'intérieur de l'arc. Cette membrane fait office de surface alaire. Elle peut être étanche et renfermer une substance de gonflage ou être perforée et maintenue par la seule tension du compartiment arqué. [0024] En ce qui concerne les dimensions du ballon, toutes les options sont ouvertes. Selon un mode de réalisation considéré particulièrement avantageux, l'enveloppe est configurée pour avoir un diamètre compris dans la plage de 1 à 10 m, de préférence dans la plage de 1 à 4 m, à l'état gonflé. [0025] Le capteur de mission peut être de toute forme et pour tout usage envisageable. Seban la taille du ballon, sa masse peut se situer dans une plage de 10 grammes à 1 kg. Il peut s'agir, p.ex. d'un capteur de rayonnement électromagnétique et/ou particulaire. Les missions envisagées sont la mesure de la densité en électrons et en ions, l'analyse chimique, la mesure du champ électrique et du champ magnétique, la récupération de nano-poussière, la détection de flash lumineux, la géolocalisation du ballon. Dans une configuration simple, le capteur peut consister en une antenne. Une application d'une flottille de tels ballons serait le déploiement d'un réseau de télécommunication ad-hoc, p.ex. avec communication de proche-enproche. Des ballons ionosphériques selon l'invention peuvent être utilisés, p.ex. pour réaliser des études in situ de l'ionosphère avec des (micro-) capteurs d'une masse d'une dizaine de grammes jusqu'à un kilogramme. L'énergie peut être fournie par une (micro-) batterie et / ou par une cellule photovoltaïque. L'enveloppe du ballon peut avoir comme fonction la collecte de nano-poussières alors de la vitesse du ballon est importante et permet donc de piéger les poussières. [0026] De préférence, le ballon ionosphérique selon l'invention comprend une antenne intégrée dans la ou les laisses. Plusieurs laisses permettent de servir de suspentes dans la phase finale de la descente, lors de laquelle l'enveloppe est utilisée comme un parachute. L'antenne peut elle-même constituer le capteur de mission ou être présente en supplément à celui-ei, p.ex. pour assurer la transmission des données recueillies par le capteur. La longueur de la laisse peut être importante pour des raisons de dimension d'antenne, de découplage par rapport à la proximité du ballon ou pour expérimenter des effets de courants induits. Une autre raison peut être que l'on recherche à disposer sur le même ballon plusieurs capteurs spatialement séparés entre eux. [0027] Un autre aspect de l'invention concerne un système d'emport de ballons ionosphériques, qui comporte notamment une capsule spatiale comprenant un espace intérieur renfermant plusieurs ballons ionosphériques, l'espace intérieur étant pressurisé de sorte à maintenir les ballons ionosphériques conditionnés pliés et non gonflés. La capsule est équipée d'un mécanisme d'éjection automatique et/ou à télécommande pour ouvrir la capsule et relâcher les ballons ionosphériques dans l'espace. 10 [0028] La capsule est de préférence conçue pour être fixée sur un lanceur en orbite basse. Son détachement se fait de préférence au moyen d'une charge pyrotechnique. [0029] La pressurisation de l'espace intérieur de la capsule peut être faible, de l'ordre de 100 hPa, voire moins. La valeur de la pression sera de préférence supérieure à la valeur maximale de la pression de vapeur saturante rencontrée par la capsule jusqu'à 15 son ouverture. Eventuellement, l'éjection des ballons peut être facilitée par le vidage du gaz de pressurisation de l'espace intérieur de la capsule. Un compartiment spécifique de gaz peut être prévu à cet effet pour entraîner les ballons hors de la capsule et les disperser. Additionnellement ou alternativement, le mécanisme d'éjection peut comprendre un piston (p.ex. chargé par un ressort ou un gaz 20 pressurisé) qui pousse les ballons hors de l'espace intérieur. [0030] L'ouverture de la capsule peut être assurée par une charge pyrotechnique. [0031] La disposition des ballons dans la capsule est de préférence telle qu'elle permet une dispersion des ballons avec suffisamment de distance entre eux pour éviter le risque de ligoterige laisses entre elles. 25 Brève description des dessins [0032] D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée de certains modes de réalisation avantageux présentés cidessous,à titre d'illustration, avec référence aux dessins annexés qui montrent : Fig. 1: Une vue schématique d'un ballon ionosphérique dans son état non gonflé ; 30 Fig. 2: Un schéma d'une plateforme d'un ballon ionosphérique ; Fig. 3: Un aperçu schématique d'une capsule spatiale pour l'emport de ballons ionosphériques Fig. 4: Une illustration d'un scénario de déploiement d'une flottille de ballons ionosphériques ; Fig. 5: Une vue schématique d'un ballon ionosphérique selon un premier mode de réalisation dans son état gonflé ; Fig. 6: Une coupe transversale du ballon de la Fig. 4; Fig. 7: Une coupe transversale d'un ballon ionosphérique selon un deuxième mode de réalisation dans son état gonflé ; Fig. 8: Une illustration des forces agissant sur un ballon ionosphérique lors de sa descente ; Fig. 9: Un diagramme illustrant l'évolution de l'altitude et de la vitesse de ballons ionosphériques lors de leur rentrée ; Fig. 10: Un diagramme montrant la trajectoire de ballons ionosphériques ; Fig. 11: Une vue schématique de l'enveloppe d'un ballon ionosphérique selon un troisième mode de réalisation ; Fig. 12: Une coupe longitudinale de l'enveloppe de la figure 11 ; Fig. 13: Une vue de dessus de l'enveloppe de la figure 11 ; Fig. 14: Un diagramme illustrant la courbe de la pression de vapeur saturante en fonction de la température pour des exemples de substances. Description détaillée de plusieurs modes de réalisation de l'invention [0033] La figure 1 montre un ballon ionosphérique 10 dans son état non gonflé. La chaîne de vol du ballon 10 comprend une enveloppe étanche 12, une laisse 14 (p.ex. un ruban, dans lequel est intégrée une antenne) et une plateforme 16 portant une expérience. L'expérience est formée par un ou plusieurs capteurs ainsi qu'un système électronique d'enregistrement et/ou de retransmission des données collectées et/ou un système de localisation du type balise Argos (il existe une balise de moins de 5 g). [0034] L'exemple d'une expérience pour un ballon ionosphérique est montré à la figure 2. La plateforme 16 porte p.ex. un capteur de pression 18 et un capteur de température 20. Les capteurs 18, 20 sont connectés à un microcontrôleur 22, alimenté en énergie électrique par une pile 24. Le microcontrôleur 22 comprend une mémoire pour stocker les données collectées par les capteurs ainsi qu'un émetteur relié à l'antenne 26 pour transmettre des informations. En option, si les limitations en masse et/ou en puissance le permettent, la plateforme 16 peut comprendre un système de localisation, p.ex. de type GNSS (géolocalisation et navigation par un système de satellites.) [0035] Un exemple de capsule spatiale 28 destiné à emporter des ballons ionosphériques 10 dans l'espace est illustré à la figure 3. La capsule 28 comprend un espace intérieur 30 pouvant recevoir une grande quantité (p.ex. plusieurs dizaines voire une centaine) de ballons ionosphériques 10 pliés et non gonflés. L'espace intérieur 30 peut être verrouillé par une trappe 32 de manière étanche après que les ballons 10 ont été mis en place. Un mécanisme d'ouverture pyrotechnique 34 permet d'ouvrir de déverrouiller et d'ouvrir la trappe une fois que la capsule a été injectée en orbite. Le fond de la capsule est formé par un compartiment de gaz 36 en communication fluidique avec l'espace interne 30. Après ouverture de la trappe 32, le gaz 36 entraîne les ballons ionosphériques 10 et aide à les disperser à l'extérieur. [0036] Une pression de stockage élevée peut compliquer la phase d'éjection du fait de l'énergie plus importante libérée lors de la détente du gaz de pressurisation. Il est préféré de pratiquer cette étape avec une pression de stockage pas trop importante et dans des conditions de températures froides. Avec une pression de stockage de 100 hPa, un calcul grossier indique que les ballons pourraient être éjectés avec une accélération de 10g (environ 100 m/s2) et une vitesse de 10 m/s. Il faut que le pliage reste compact pendant le souffle d'éjection afin d'éviter un gonflage par le souffle de l'onde de choc, ce qui entrainerait le déchirement de l'enveloppe. [0037] Un autre point concerne l'ouverture de la capsule. Il faut que la trappe s'ouvre suffisamment rapidement pour ne pas entraver la course des ballons. On peut imaginer une éjection complète de cette trappe, le débris orbitant sur une orbite à faible durée de vie. Dans le cas d'une ouverture articulée comme dans l'exemple illustré, il faut un ressort puissant fournissant le couple d'ouverture. [0038] Dans le but de limiter la pression de stockage au strict minimum, on doit se poser la question s'il faut autoriser que la température interne de la capsule dépasse la température pour laquelle la pression de vapeur est égale à la pression de stockage.

Cela est envisageable lorsque les forces engendrées sur les enveloppes par le changement d'état de la substance de gonflage se compensent et que les tensions n'entraînent pas de déchirement de la membrane. Dans ce cas, on peut pressuriser la capsule non pas en fonction de la température maximale vue au cours de sa mission, mais seulement en fonction de la température à l'éjection. L'éjection devant s'effectuer avec une pression initiale de la capsule supérieure à la pression de vapeur saturante afin que la substance de gonflage soit dans un état condensé au moment de l'éjection. Au cas où une évaporation (partielle) de la substance de gonflage risquerait de se produire pendant que les ballons sont enfermés dans la capsule, il est toutefois 10 recommandé de prévoir une grille et/ou une plaque perforée assez fine pour séparer l'espace interne 30 du compartiment de réserve de gaz d'éjection 36. [0039] Un scénario de déploiement d'une flottille de ballons ionosphériques 10 est montré à la figure 4. Les différentes étapes sont numérotées [a] à [e]. La capsule 28 peut être emportée par un lanceur comme charge utile auxiliaire et injectée dans une 15 orbite basse ou emportée par une fusée-sonde et injectée sur une sur une trajectoire suborbitale. La vue [a] montre le dernier étage d'un lanceur 38 portant une charge utile principale 40 et la capsule 28 contenant les ballons ionosphériques. La vue [b] illustre la séparation de la capsule 28 du lanceur 38 (dans cet exemple, la charge utile principale a été séparée antérieurement.) La capsule 28 peut être libérée par le lanceur 20 à l'aide d'une charge pyrotechnique conventionnelle. La vue [c] montre l'éjection des ballons ionosphériques 10 hors de la capsule 28, après l'ouverture de la trappe 32. Une fois exposée à la pression environnante, la substance de gonflage contenue dans l'enveloppe 12 commence à se sublimer ou s'évaporer. L'augmentation du volume provoque en premier lieu le dépliement de l'enveloppe 12 (vue [d]) et le gonflage de 25 celle-ci (vue [e]). La vitesse de gonflage dépend de la pression de vapeur saturante à la température du ballon, à la quantité de chaleur présente dans l'enveloppe ainsi que du taux d'apport de chaleur, notamment par rayonnement thermique. Lorsque la substance de gonflage est répartie sur la surface interne de l'enveloppe, le gonflage s'effectue en quelques secondes avec l'absorption, par la substance, d'une partie de 30 la chaleur de l'enveloppe. La courte durée du gonflage n'induit cependant pas de risque d'éclatement, à la différence d'un gonflage obtenu par la détente d'un gaz sous pression. Lorsque la substance de gonflage est localisée sur une petite proportion de la surface interne de l'enveloppe ou a fortiori dans une ampoule percée fabriquée avec un film, la durée de vaporisation est plus longue car l'apport de chaleur (nécessaire pour le changement de phase de la substance) est réduit. [0040] L'injection des ballons 10 dans l'ionosphère peut avoir lieu à une altitude comprise entre 250 et 500 km. Une injection à partir d'un satellite ou une station 5 spatiale est également possible. Une injection peut également être avantageusement procurée par une fusée sonde. Il se pose la question de l'activation électrique des capteurs : soit les capteurs sont activés dès la mise en capsule mais alors l'autonomie doit être importante, soit ils sont activés à l'éjection en profitant de la dépressurisation pour établir le contact électrique de la batterie par un contacteur barométrique 10 miniature. [0041] Le principe de gonflage repose sur la propriété thermodynamique de la pression de vapeur saturante d'une substance : lorsque la pression environnante est supérieure à la pression de vapeur saturante, la substance reste dans son état condensé (liquide ou solide). Au sol ou lors de l'emport dans la capsule pressurisée, 15 la substance sélectionnée sera donc dans son état liquide ou solide. Lorsque la pression environnante devient inférieure à la pression de vapeur saturante, la substance tend à se vaporiser (c.-à-d. à s'évaporer ou à se sublimer.) L'évaporation ou la sublimation se produit donc dans le vide spatial, une fois les ballons éjectés et dure tant qu'il reste de la phase liquide ou solide dans l'enveloppe et que la pression 20 dans l'enveloppe demeure en-dessous de la pression de vapeur saturante. [0042] Chaque ballon ionosphérique 10 comprend une enveloppe qui se gonfle par vaporisation à une pression faible. Pour des raisons de dimensionnement mécanique des enveloppes gonflables, la pression maximale de gonflage ne devra pas dépasser 500 Pa et de préférence 250 Pa afin de limier l'épaisseur et donc la masse des 25 membranes. Pour la solution d'un dosage saturé, la pression de gonflage est égale à la pression de vapeur saturante ; celle-ci ne devra donc pas dépasser la pression maximale admissible pour toutes les conditions de température rencontrées, à moins qu'une soupape de sécurité 66 (figure 5) ne soit prévue sur l'enveloppe. En cas de dosage non saturé, la pression de gonflage est réglée par la quantité de substance 30 déposée dans chaque compartiment de l'enveloppe en fonction de son volume. La pression de gonflage est alors inférieure à la pression de vapeur saturante et dépend sensiblement moins de la température. La pression à la température minimale rencontrée ne pourra excéder la pression de vapeur saturante à cette température.

Bien que le dosage soit non saturé pour la température maximale, il est alors possible que du condensat de la substance de gonflage soit présent à la température minimale rencontrée lors de la descente. Pour les deux options, le maximum de pression de gonflage sera atteint avec la température maximale, celle-ci correspondant dans la majorité des cas au pic d'échauffement rencontré pendant la rentrée atmosphérique. La limite minimale de pression est définie par l'altitude minimale à laquelle le ballon se rétracte. On vise une pression minimale supérieure à 25 Pa et de préférence supérieure à 100 Pa. [0043] Les substances de gonflage sont avantageusement des produits à faibles valeurs de pression de vapeur saturante tels que, p.ex. l'éthylène glycol diéthyl éther ayant une pression de vapeur saturante de 350 Pa à -20°C et de 10 kPa à 45°C, le glycol monoéthyl éther ayant une pression de vapeur saturante de 85 Pa à -20°C et de 4800 Pa à 45°C. ou l'isobutyl acétate ayant une pression de vapeur saturante de 55 Pa à -20°C et de 4500 Pa à 45°C. Ces substances sont à utiliser en présence d'une soupape dans l'enveloppe ou en dosage non saturé. [0044] Le choix d'une substance à plus faible pression de vapeur saturante permet de saturer le dosage et de compenser d'éventuelles fuites liées à des micrométéorites. Comme mentionné plus haut, il faut toutefois tenir compte du fait que la pression de vapeur saturante augmente rapidement avec la température (voir figure 14). Un dosage saturé sur toute la plage de température entraînera une très forte pressurisation du ballon au pic de température si la pression de gonflage n'est pas limitée par une soupape de sécurité. Le dosage saturé sans échappement est -ew'isageable avec une substance telle que l'acide benzoïque à la condition de limiter la température maximale à 105°C (soit une pression de 250 Pa) ou une autre substance à plus faible pression de vapeur saturante, comme par exemple le glycérol dont la pression de vapeur saturante est de 250 Pa pour la température maximale de 135°C. Dans tous les cas, en complément de cette substance en dosage saturé, il est préférable de prévoir une deuxième substance en dosage non saturé pour effectuer le gonflage pour les températures plus faibles jusqu'à -20°C. [0045] Le gonflage de l'enveloppe par le principe de l'évaporation ou de la sublimation a le grand avantage d'être entièrement passif et donc très simple. La cinématique du gonflage est beaucoup moins rapide qu'une décompression de gaz pressurisé, car l'évaporation ou la sublimation nécessite l'apport de chaleur externe. L'éjection des ballons dans l'espace peut donc être réalisée sans risque de blocage des ballons dans la capsule et sans risque d'éclatement. On peut influer sur ou contrôler la cinématique du gonflage par le choix de la répartition de la substance de gonflage à l'intérieur de l'enveloppe. Comme la sublimation et/ou l'évaporation de la substance est un processus endothermique, une répartition homogène de la substance de gonflage favorise un gonflage plus rapide. En revanche, il et t'égaiement possible de concentrer la substance de gonflage en un ou plusieurs endroits. A ces endroits, la température baisse lors de la vaporisation de la substance, ce qui réduit la vitesse de la transition en phase gazeuse. [0046] A titre d'illustration, des exemples de ballons ionosphériques sont décrites avec référence aux figures 5 à 8 et 11 à 13. [0047] L'enveloppe 12 du ballon 10 des figures 5 et 6 a généralement l'apparence d'un disque-volant ou d'un beignet d'un grand diamètre D d'environ 2 m. Le bord de l'enveloppe est un boudin toroïdal 42 d'une hauteur ou de petit diamètre d compris dans la plage de 0,1 à 0,5 m. Une membrane 44 sous-tend l'ouverture intérieure du tore. La plateforme 16 avec l'expérience est accrochée à la membrane 44 par un ruban-laisse en film. [0048] L'enveloppe (le boudin 42 et la membrane 44) est constituée d'un film très fin pour limiter la masse surfacique du ballon 10. Ceci permet de pratiquer une rentrée atmosphérique en douceur avec une élévation de température causée par le frottement limitée (typiquement inférieure à 100°C). Comme matériau pour l'enveloppe, on peut envisager un film en poly(téréphtalate d'éthylène), disponible dans le commerce p.ex. sous la dénomination « Mylar » (marque de fabrique ou de commerce), d'épaisseur 3 pm (1/8 mil) ou 6 pm (1/4 mil) pour les enveloppes structurantes. Avec les dimensions indiquées ci-dessus, la masse de l'enveloppe est alors d'environ 30 à 40 g. La pression interne du ballon peut être de 30 Pa pour l'enveloppe principale (le compartiment principal). Un film en polyinnide (commercialisé p.ex. sous la marque de fabrique ou de commerce « Kapton ») peut également être envisagé comme matériau pour l'enveloppe (on choisit un polyimide transparent) ; il a l'avantage d'être plus résistant. Le boudin torique structurant est dans tous les cas pressurisé à une pression supérieure de préférence comprise dans la plage allant de 70 Pa à 300 Pa. [0049] Avec une plateforme d'une masse entre 5 et 100 g, la masse totale du ballon des figures 5 et 6 peut être entre 50 g et 140 g. [0050] La figure 7 montre un ballon ionosphérique qui présente une meilleure portance en régime laminaire que le ballon des figures 5 et 6. Le ballon ionosphérique de la figure 7 comprend une enveloppe 12 de forme lenticulaire ayant un diamètre de 1 à 3 m et une hauteur entre 0,2 et 0,8 m. L'enveloppe comprend un compartiment principal 48 ainsi qu'un compartiment ou boudin torique 42. La plateforme 16 portant le ou les capteurs ainsi que le système électronique d'enregistrement ou de transmission est accrochée à l'enveloppe 12 par une laisse 14 en ruban de film. [0051] Comme dans l'exemple précédent, le film de l'enveloppe est très fin pour limiter la masse surfacique du ballon et pour ainsi garantir une rentrée atmosphérique en douceur avec une élévation de température limitée (typiquement inférieure à 100°C). [0052] Le compartiment principal 48 est avantageusement pressurisé par une première substance de gonflage 50, 52 à faible pression de vapeur saturante (entre 1 et 50 Pa à -20°C.) Le dosage de la première substance de gonflage 50, 52 peut dès lors être saturé pour compenser d'éventuelles fuites causées p.ex. par des micrométéorites. La première substance de gonflage peut être appliquée sous forme de phase solide et/ou liquide 50 (poudre, liquide ou gel) sur des surfaces intérieures du compartiment principal 48. Le numéro de référence 52 désigne la phase gazeuse de la première substance de gonflage. Le deuxième compartiment 42 est un compartiment de structuration et avantageusement pressurisé par une deuxième substance de gonflage 46 à pression de vapeur saturante plus élevée (p.ex. entre 50 et 400 Pa à -20°C.) [0053] L'intérêt du deuxième compartiment sous forme de boudin torique est de maintenir la forme du ballon à des altitudes plus basses. Une enveloppe unique pressurisée à 25 Pa se rétracte à partir de l'altitude de 58 km. Avec un boudin torique 42 pressurisé à 250 Pa pour stabiliser l'enveloppe 12, la forme du ballon peut se maintenir jusqu'à l'altitude de 42 km. [0054] Les figures 11 à 13 montrent une enveloppe 12 de ballon ionosphérique en forme d'aile. L'enveloppe comprend deux compartiments, un premier compartiment de structuration en forme de boudin arqué 42' un deuxième compartiment 48' en forme de segment de disque, délimité par une membrane qui maintient le boudin 42' en flexion. Le compartiment de structuration fait office de bord d'attaque, tandis que le deuxième compartiment occupe le volume majeur de l'aile. [0055] Les propriétés aérodynamiques du ballon ionosphérique lui permettent d'effectuer une rentrée atmosphérique plus longue et plus douce que d'autres objets spatiaux. Comme l'illustre la figure 8, les forces agissant sur le ballon évoluant à une vitesse e comprennent, outre la force gravitationnelle g, une tramée et une portance -15 significatives. Le régime d'écoulement évolue d'un régime moléculaire (pour des altitudes supérieures à environ 125 km) à un régime laminaire hypersonique, puis 10 turbulent. En régime moléculaire, on prévoit une finesse (rapport de la portance à la traînée) d'environ 0.25. En régime laminaire hypersonique, on prévoit une finesse d'environ 1. En régime laminaire subsonique ou turbulent, on prévoit une finesse d'environ 3 pour un ballon de forme lenticulaire. [0056] Lorsque le ballon subit la force de tramée, la platefornie 16 se comporte 15 comme une masselotte en laisse qui se tend en avant du ballon et le tire tel un cerf-volant. Ceci permet de stabiliser l'attitude du ballon en choisissant le point d'accrochage de façon adaptée par rapport au centre de poussée aérodynamique. Cette laisse peut être accrochée à une pièce (ou plusieurs pièces) de film triangulaire (ou d'autre forme) assurant la jonction avec l'enveloppe pour améliorer la stabilité du 20 ballon. [0057] A titre d'illustration, un scénario de rentrée atmosphérique sera détaillé dans la suite avec référence aux figures 9 et 10. La figure 9 montre l'évolution du module vitesse (courbe 54 tracée en gras) et de l'altitude (courbe fine 56) des ballons en fonction du temps (t = 0 au moment de l'injection.) La figure 10 montre la trajectoire 58 25 des ballons au-dessus de la terre entre le point d'injection 62 à 400 km d'altitude et le point d'atterrissage 64. Le référentiel de la figure 10 est centré sur centre de la terre et les coordonnées sont indiquées en km. [0058] Selon ce scénario, les ballons sont injectés en grappe sur une orbite basse, ils se gonflent passivement selon le-principe thermodynamique de la vaporisation à 30 basse pression de la substance prévue pour le gonflage. Dès lors, les ballons présentent une grande surface qui engendre une tramée réelle même à ces altitudes de 400 km. [0059] Les hypothèses du scénario sont les suivantes : o Injection sur orbite circulaire à 400 km d'altitude ; o Masse totale du ballon : 60g, dont 10 g pour la plateforme ; o Ballon ayant la configuration de la Fig. 7; o Diamètre du ballon : 2 m; o Hauteur du boudin torique : 0,1 m; o Pression du boudin torique : 250 Pa; o Pression du compartiment principal : 25 Pa; o Epaisseur du film MylarTM : 1/8 mil = 3,15 pm pour le compartiment non structurant ; o Epaisseur du film MylarTM : 1/4 mil = 6,3 prn pour le compartiment de structuration (boudin) o Coefficient aérodynamique moléculaire : Cx = 1 / Cz = 0,25; o Coefficient aérodynamique laminaire : Cx = 0,19 / Cz = 0,6; o Coefficient d'échange de chaleur : 0,6; o Absorption soleil du MylarTM : 0,03 o Emissivité IR du MylarTM : 0,4. [0060] Cx désigne le coefficient de traînée, Cz le coefficient de portance respectif. [0061] La descente dans les couches de l'atmosphère ionosphérique commence en douceur ; la flottille effectue une première orbite autour de la terre en descendant à 340 km d'altitude ; l'altitude de 300 km est atteinte après environ 2 heures. Sur cette partie du trajet, les ballons conservent à peu près leur vitesse (v = 7,7 km/s). La chute s'accélère entre 300 km et 200 km d'altitude ; cette transition dure plus ou moins 20 minutes. [0062] Le pic d'échauffement est atteint à l'altitude de 128 km il dure environ 800 secondes. Cela représente un flux thermique maximal d'environ 600 W/m2, soit une température d'équilibre du ballon d'environ 90°C.pour une enveloppe en MylarTM. La plateforme peinte en blanc atteint une température de 70°C pendant le pic et lorsqu'exposée au soleil. La pression atmosphérique à cette altitude est de 7,5E- 04 Pa. Le pic de décélération de -8.4 m/s2est atteint à l'altitude de 118 km. La pression statique demeure faible, elle ne dépasse pas 0,5 Pa. [0063] La transition entre les altitudes de 200 km et 100 km dure environ 30 minutes. Elle s'effectue avec des rebonds de quelques kilomètres d'amplitude (phugoïde). A l'altitude de 100 km, la pression extérieure est de 3,5 E-02 Pa, la vitesse des ballons est réduite à 1000 m/s, la température des ballons est de -50°C en condition d'éclipse et le taux de chute est de 35 m/s. [0064] La température minimale est atteinte à l'altitude de 85 km, elle est en équilibre avec la température de l'atmosphère à -80°C en condition d'éclipse ét de - 15°C en conditions d'éclairement solaire. [0065] La mission des ballons se conclut lorsqu'ils atteignent 45 km, qui est l'attitude limite supérieure de sondage par des ballons-sondes classiques. La transition entre 100 km et 50 km d'altitude dure 35 minutes. A 50 km d'altitude, la pression extérieure est de 150 Pa, la température de 0°C, la vitesse est réduite à 30 m/s et la vitesse de chute est de 10 m/s. La mission du ballon entre 300 KM et 50KM a duré 85 minutes. [0066] Ensuite, l'enveloppe des ballons se rétracte sous l'effet de la pression atmosphériquê. La plate1t/11re accrochée au ballon maintenant en torche (en drapeau ou en parachute si on prévoit la présence de suspentes) descend essentiellement verticalement dans l'atmosphère jusqu'au sol avec une vitesse de chute faible de l'ordre de 1 m/s au niveau du sol. La chute des ballons rétractés dure donc plusieurs heures. On peut récupérer l'expérience des ballons intacte, pour notamment avoir accès aux données enregistrées. La difficulté est de prévoir le lieu de chute car les ballons, injectés depuis une orbite à 400 km d'altitude, ont effectué plus d'un tour et demi de la terre lors de cette rentrée. [0067] Conceneeteiedeensionnement du ballon, une enveloppe de 1 m de diamètre est requisereurefepefter une plateforme d'au moins 10 g. Avec une enveloppe de 2 m de diamètre, une plateforme de 10 g peut être emporté tout en évitant que la température maximale à la rentrée ne dépasse une valeur maximale dans la fourchette entre 92°C et 105°C (il existe une incertitude sur la valeur de la température maximale du fait de l'incertitude portant sur les valeurs descoefficients aérodynamiques). Avec une enveloppe de 2 m de diamètre et avec la contrainte de ne pas dépasser les 135°C, on peut emporter une plateforme de 50 g. Une enveloppe de 4 m de diamètre permet d'emporter une plateforme de 80 g sans dépasser les 105°C. Un tel ballon avec une enveloppe en MylarTM aurait une masse totale d'environ 250 g et en configuration plié occuperait un volume d'environ 0,2 litres. [0068] La limitation de la taille provient sans doute de la fiabilité du système par rapport au nombre de ballons et à la difficulté du déploiement. Un ballon de 10 m de diamètre aurait une masse d'environ 2,6 kg dont une plateforme de 1 kg. Plié, il occuperait un volume d'environ 2 litres. [0069] Le conditionnement des ballons comporte de préférence les étapes de fabrication suivantes, qui sont réalisées dans un caisson à vide: 1. Etuvage sous vide des composés volatiles des enveloppes : eau, solvants, etc. 2. Vidage du gaz des enveloppes: lors de cette phase, l'air est évacué de l'enveloppe. Un volume résiduel d'air peut subsister dans l'enveloppe si la contribution à la pressurisation de l'enveloppe reste marginale. 3. Mise en place de la substance volatile dans l'enveloppe. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées. On peut p.ex. pressuriser le caisson avec la substance de gonflage en phase gazeuse. Eventuellement, on peut refroidir une partie de l'enveloppe afin de permettre la condensation de la substance de gonflage à cet endroit. Il est également possible d'injecter la substance en phase solide ou liquide par un cathéter (le refroidissement de l'enveloppe est éventuellement à prévoir.) On peut également placer dans l'enveloppe un récipient contenant la substance de gonflage. Dans ce cas, le récipient doit être ouvert (p.ex. en le brisant ou perçant) après le scellement de l'enveloppe. 4. Scellement de l'enveloppe. 5. Recornpression du caisson. 6. Pliage de l'enveloppe. [0070] Une alternative au caisson à vide peut être envisagée avec un simple vidage de l'enveloppe à l'ambiante par pressage. La difficulté réside dans l'efficacité du vidage de l'enveloppe. Le volume résiduel piège du gaz à la pression ambiante_ Ce volume résiduel ne doit pas représenter plus de quelques dix millièmes du volume gonflé (pression résiduelle de quelques 10 Pa pour le ballon gonflé). [0071] Alors que des modes de réalisation particuliers viennent d'être décrits en détail, l'homme du métier appréciera que diverses modifications et alternatives à ceux-là puissent être développées à la lumière de l'enseignement global apporté par la présente divulgation de l'invention.-Par conséquent, les agencements et/ou procédés spécifiques décrits ci-dedans sont censés être donnés uniquement à titre d'illustration, sans intention de limiter la portée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Ballon ionosphérique (10), caractérisé par une enveloppe (12) contenant en son intérieur une substance de gonflage (46, 50) qui peut gonfler ladite enveloppe par évaporation ou sublimation lorsque l'enveloppe est exposée au vide ; une plateforme (16) reliée à ladite enveloppe (12) par une ou plusieurs laisses (14), ladite plateforme portant au moins un capteur de mission (18,20) ainsi qu'un système électronique d'enregistrement et/ou de retransmission (22, 24, 26) connecté audit au moins un capteur de mission.
2. Ballon ionosphérique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression de vapeur saturante de la substance de gonflage (46, 50) est comprise dans la plage de 10 Pa à 500 Pa à la température de -20°C. Ballon ionosphérique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse surfacique du ballon ionosphérique est inférieure à 80 g/m2, de préférence inférieure à 50 g/m2, et plus de préférence encore inférieure à 30 g/m2. 4. Ballon ionosphérique (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ballon a une finesse d'au moins 0,25 en régime d'écoulement moléculaire et une finesse d'au moins 0,6 en régime d'écoulement laminaire hypersonique et d'au moins 2 en régime d'écoulement laminaire subsonique ou turbulent. 5. Ballon ionosphérique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe (12) comprend un ou plusieurs compartiments de structuration (42, 42'), qui à l'état gonflé, tendent une ou plusieurs membranes (44), de sorte à former une surface alaire. Ballon ionosphérique (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un ou les plusieurs compartiments de structuration (42, 42') forment un tore ou un arc 7. Ballon ionosphérique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enveloppe comprend une soupape de sécurité (66). 8. Ballon ionosphérique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enveloppe (12) est configurée pour avoir un diamètre entre 1 et 10 m à l'état gonflé.9. Ballon ionosphérique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par une antenne intégrée (26) dans ladite une ou plusieurs laisses (14). 10. Système d'emport de ballons ionosphériques, caractérisé par une capsule spatiale (28) comprenant un espace intérieur (30) renfermant plusieurs ballons ionosphériques (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, l'espace intérieur étant pressurisé de sorte à maintenir les ballons ionosphériques (10) pliés ; la capsule (28) étant équipée d'un mécanisme d'éjection automatique (32, 34, 36) et/ou à télécommande pour ouvrir la capsule (28) et relâcher les ballons ionosphériques (10) dans l'espace.