¿Qué es un globo estratosférico?

Globo lanzado por alumnos de
Temecula Middle School.
Fuente: Valley News

De forma estricta, un globo estratosférico es una bolsa, abierta o cerrada, rellena de un gas más ligero que el aire y que está diseñada para alcanzar alturas correspondientes a la estratosfera. Suelen incluir una carga útil que cuelga del globo que incluye sensores, equipos de radio y experimentos.
Un globo estratosférico alcanza altitudes a las que ningún avión es capaz de llegar (el X-15 y aparatos similares no cuentan ya que no son aviones convencionales y entran en la categoría de cohetes). Pero en ningún caso se puede decir que un globo llega al espacio o a altitudes cercanas al espacio; el récord de altitud con un globo está en 52Km, muy lejos de la línea de Kármán.
Por tanto, un globo estratosférico es una forma sencilla y barata de alcanzar grandes altitudes y poder estudiar las capas intermedias de la atmósfera o realizar experimentos en condiciones parecidas a las espaciales en términos de presión, temperaturas y/o radiación.

Pero, ¿cómo vuela un globo estratosférico?
Los globos vuelan utilizando "empuje hidrostático", que es la fuerza de empuje vertical resultante del Principio de Arquímedes al estar el globo sumergido en un fluído: el aire. De esta forma, al estar el globo relleno de un gas más ligero que el aire que lo rodea, el empuje hidrostático es mayor a su peso y la fuerza resultante que sufre el globo produce que éste ascienda.
Los globos aerostáticos turísticos o deportivos que estamos acostumbrados a ver, suelen funcionar calentando aire dentro de un globo abierto, ya que por la Ley de los Gases Ideales a la misma presión un mismo volumen de un mismo gas estará ocupado por menos cantidad de gas (y por tanto tendrá menos masa y pesará menos) cuanto más caliente esté.
Sin embargo, para los globos sonda estratosféricos se suele rellenar el globo de gases más ligeros como el Helio o el Hidrógeno. Cuanto más ligero sea el gas empleado, mayor es la diferencia entre el peso del gas del globo y el peso del aire equivalente al volumen desalojado y por tanto, mayor es el empuje de ascensión que se obtiene para un mismo volumen del globo. El Hidrógeno es más ligero, pero debido a su alta inflamabilidad requiere de un cuidado especial en su manejo por lo que es muy común (sobre todo entre aficionados) usar Helio aunque no sea tan ligero ya que es muy seguro y sencillo de manipular.

En cuanto al globo empleado para contener el gas, básicamente hay tres tipos: abiertos, cerrados de superpresión y cerrados de volumen variable. Que el globo sea de un tipo u otro nos indica de qué forma reaccionará según vaya ganando altitud y se encuentre con presiones atmosféricas cada vez menores.
Un globo abierto irá dejando escapar gas para mantener un volumen constante hasta alcanzar una altura de equilibrio en la cual quedará flotando. Al mantener el volumen a presiones descendentes, el empuje generado es cada vez menor y el ascenso se detiene cuando dicho empuje es igual al peso del resto de componentes del globo.

Globo de superpresión de la NASA. Fuente: Wikipedia

Un globo cerrado de superpresión mantiene un volumen constante. Al no dejar escapar el gas, la diferencia de presión entre el interior y el exterior del globo va aumentando al ascender y por ello reciben su nombre. El volumen es constante y su peso también, pero al ir ascendiendo disminuye la presión del aire en el que flotan y por tanto disminuye el empuje que experimenta ya que el peso del aire desalojado es menor. Al igual que los globos abiertos, alcanzan una altitud de equilibrio en la que se iguala el empuje del globo con su peso siempre y cuando el globo sea capaz de soportar sin estallar la diferencia de presión existente.
Un globo cerrado de volumen variable es un globo que aumenta su volumen según asciende de forma que la presión dentro del globo es prácticamente igual a la presión ambiental. Esto se consigue mediante el uso de materiales elásticos en la fabricación del globo, tales como el látex. De esta forma el globo puede estirarse para permitir la igualación de presiones entre el interior y el exterior del globo. Gracias al aumento de volumen proporcional al descenso de la presión, el empuje ascendente que experimenta el globo se mantiene constante hasta que el globo no es capaz de estirarse más y pasa a convertirse en un globo de superpresión o directamente explota dejando escapar el gas e iniciando el descenso.