Chinezen publiceren volop over hun stratosferische ballonnen

Op 22 februari publiceerde het Amerikaanse ministerie van Defensie opeens een foto van de Chinese stratosfeerballon die vanuit een U-2-vliegtuig was gemaakt. Voor je nóg een keer ‘ballon’ kon zeggen stond-ie al op Wikipedia: in hoge resolutie. Het was 18 dagen nadat het vermaledijde spionagegeval met een Sidewinder-raket uit de lucht was geschoten en dat zijn resten uit zee waren gevist.

De U-2-piloot maakte zijn selfie op het moment dat hij precies tussen de zon en de ballon in vloog zodat de schaduw van zijn vliegtuig, dat van kop tot staart 19,2 meter meet, voluit op de ballon viel. Opeens kon je nameten dat die een diameter had van 45 meter en niet 60 meter zoals eerder was beweerd, en dat de lading, de ‘payload’, die eronder hing, misschien wel het formaat had van een Embraer Regional Jet (32 meter) maar zeker niet het gewicht daarvan (25 ton). Experts schatten dat de payload misschien maar 900 kg (2.000 lbs) was.

De zonnepanelen hingen mooi dwars op de zon en dat was geen toeval. Ze werden dwars op de zon gezet, misschien wel met het stel dunne kabels dat net valt te onderscheiden. Of met behulp van de vier propellers die experts van Aviation Week menen te ontwaren in vier witte vlekken, links en rechts van de witte schotelantenne die de communicatie tussen ballon en satelliet verzorgde. Amerikaanse woordvoerders berichtten al begin februari dat de ballon propellers en een roer bezat en dat zal wel zijn afgeleid van betere U-2-foto’s dan die welke wij te zien kregen. Aanwezigheid van een roer is nooit bevestigd.

De vier propellers kunnen natuurlijk ook de ballon zelf hebben aangedreven maar het lijkt niet alsof daar veel van te verwachten is. In ieder geval bewoog de ballon niet ten opzichte van de lucht toen de foto werd gemaakt: een loshangende kabel hangt recht naar beneden.

Tamelijk zwaar plastic

Met de zonnepanelen is iets vreemds aan de hand. Op een opname van de Sidewinder-inslag die op 4 februari met een telelens werd gemaakt zien we ze los van de ballon naar beneden tuimelen. Toch lijkt het of de marinemannen die de ballon later die dag uit zee halen óók een gebroken zonnepaneel in hun boot trekken, inclusief het staketsel waarop het was gemonteerd. Wikipedia heeft er een foto van.

Diezelfde foto laat zien dat de huid (de ‘envelope’) van de ballon uit tamelijk zwaar plastic bestaat, bepaald niet het lichte, doorschijnende lagedruk-polyetheen dat voor ‘gewone’ zero-pressure ballonnen wordt gebruikt. Dat heeft met een dikte van 23 micrometer en een massa van zo’n 22 gram per m² de kwaliteit van het folie dat voor boterhamzakjes wordt gebruikt. De ondoorzichtige witte huid van de Chinese ballon woog veel meer, misschien wel 75 gram per m². Ook gezien de vorm van de ballon, die wel wat van een pompoen had, inclusief diens typische segmenten (‘gores’) staat vast dat het een moderne super-pressure ballon was. Anders dan bij zero-pressure ballonnen heerst in super-pressure ballonnen een overdruk ten opzichte van de omgeving. Het zijn gesloten ballonnen die dankzij hun heliumdichte huid maanden in de lucht kunnen blijven en daarbij in principe dezelfde hoogte aanhouden. Zero-pressure ballonnen reageren op het dag- en nachtritme van de zonnewarmte.

De Chinese ballon zweefde op een hoogte van 18 à 20 km in vijf, zes dagen van noordwest naar zuidoost over de VS met een gemiddelde snelheid van nog geen 30 km/u. Of ze daarbij, zoals is beweerd, echt de straalstroom volgde is twijfelachtig. De jetstream verlegt zich van dag tot dag en kent op zijn positie rond de tropopauze (9 tot 14 km hoog) windsnelheden tot ruim boven de 160 km/u. De ballon vloog waarschijnlijk ver boven en naast de straalstroom. (Het is daarom een raadsel waaruit de Amerikanen afleidden dat de ballon eigenlijk op weg was naar Guam.)

De kernvraag is of de ballon zich willoos door de wind liet meevoeren of van tijd tot tijd zijn eigen koers kon bepalen. Dat kón-ie, hebben de Amerikanen gezegd, boven een enkel interessant aards object remde hij soms helemaal af om eens flink te gaan afluisteren en spioneren. Loitering, heet dat. Bewijzen zijn niet geleverd en de vraag is of de bescheiden propellers het gevaarte wel tegen de wind in kregen.

Een ballon binnen de ballon

Een inmiddels gangbare techniek is om, in navolging van luchtschepen, gebruik te maken van een ‘ballonnet’, een ballon binnen de ballon waar een elektrische compressor lucht als ballast in kan pompen. Met een uitgekiend systeem van ‘pumping and venting’ is aan de hand van informatie die échte weerballonnen verzamelden de stratosferische luchtlaag te vinden waar de wind de juiste kant op blaast. Zelfs is het mogelijk de ballon voor een surveillancetaak al stijgend en dalend op één plaats te houden (‘station keeping’). Maar over verticale bewegingen van de vermeende spionageballon is niets gerapporteerd.

Dat de Chinezen de techniek kennen en beheersen blijkt uit de enorme hoeveelheid publicaties over stratosfeerballonnen die bij Google Scholar is te vinden. China lanceert jaarlijks twintig stratosfeerballonnen met volumes oplopend tot 600.000 m³. De publicaties beschrijven behalve het genoemde ‘station keeping’ en de analyse van het stratosferisch windveld, de warmtehuishouding van de ballon, diens ozon- en uv-gevoeligheid, het gebruik van zonnepanelen, mogelijke ijsafzetting en nog veel meer.

Wat willen de Chinezen met de ballonnen? Aardobservatie, zegt hun literatuur. Stratosferisch en astronomisch onderzoek, communicatie, surveillance. Maar er wordt ook overwogen om de stratosfeer te voorzien van radarinstallaties die in samenwerking met aardse installaties de stealth-bescherming van vliegtuigen als de Amerikaanse B-2 kunnen doorbreken. Misschien was de spionageballon een proefballon.