Voir aussi : Lâcher d'un ballon-sonde - Les enveloppes de ballons-sondes - l'ouverture du parachute - Les parachutes de ballons-sondes - 
Et plus particulièrement : principe de calcul de la trajectoire de chute par itérations - calcul de la trajectoire complète de chute d'un ballon - Variations de la vitesse de montée d'un ballon-sonde - Variation du volume d'un ballon en fonction de l'altitude - Le ballon qui n'éclate pas du tout -   


Des tentatives de records de distance utilisant des ballons dérivant à une altitude stable ne datent pas d'hier, le projet "Fugo" menée par l'armée japonaise pour bombarder le territoire des Etats-Unis pendant la deuxième guerre mondiale est une des premières grosses applications. Des ballons stratosphériques maintenus à une altitude constante grâce à un système de stabilisation étaient entraînés par les courants-jets pour atteindre le continent américain en trois jours.

Le ballon sous-gonflé

Plus récemment, c'est à dire entre le 11 et le 14 décembre 2011, un ballon parti de San José (Californie) a traversé tous les U.S.A. d'Ouest en Est et l'Atlantique avant de se perdre dans la Méditerranée à une centaine de kilomètres au nord de Tizi Ouzou (Algérie).
Lancé par le California Near Space Project sous le nom de code de CNSP-11, il a été suivi par APRS sous l'indicatif K6RPT-11 et a tenu en haleine les radioamateurs du monde entier pendant un vol qui a duré 57 heures et qui s'est étiré sur 10000km, le ballon évoluant entre 32 et 35km d'altitude pendant la plus grande partie de son vol.
Il s'agissait d'un système simple, un ballon de 1600g fabriqué par la société chinoise Hwoyee, sous-gonflé à l'hydrogène emportait une petite nacelle de 155 grammes. La longue durée du vol semble due à la très bonne résistance de l'enveloppe au rayonnement ultra-violet présent dans la haute atmosphère.
Une grande enveloppe gonflée avec un volume de gaz très inférieur à celui qui est requis pour une utilisation normale aura une force ascensionnelle nettement plus faible et ne pourra emporter qu'une petite nacelle. Par contre, sa capacité de dilatation sera beaucoup plus grande et il est probable que le ballon n'éclatera pas avant de plafonner. C'est une solution simple et économique mais qui ne permet pas de maîtriser l'altitude de plafonnement et par conséquent n'autorise pas une utilisation optimum des courants de la haute atmosphère.

Le ballon ouvert

Autre ballon américain, le "Spirit of Knoxville IV" a failli traverser l'Atlantique et atteindre l'Irlande à l'issue de son vol de 5400km effectué en 40 heures. Il était parti de Knoxville (Tenessee) les 10 et 11 mars 2008.
Son principe est celui d'un ballon ouvert, c'est à dire que la pression à l'intérieur de l'enveloppe est la même que la pression de l'air ambiant. L'enveloppe est un film en polyéthylène, non élastique ; elle se comporte comme un sac relativement flasque contenant le gaz (hélium ou hydrogène). En montant, l'enveloppe se gonfle jusqu'à ce qu'elle ait atteint son volume maximum. A partir de ce moment, la baisse de pression, donc l'augmentation de volume du gaz se traduit par une "fuite" de celui-ci, l'altitude de plafonnement est atteinte.
Les pertes de gaz au travers de l'enveloppe, jamais parfaitement étanche, diminuent la force ascensionnelle. Comme le ballon est ouvert pour éviter toute possibilité d'ascension, la dilatation du gaz pendant la journée sous l'influence des rayons du soleil provoque de nouvelles pertes pendant le jour. La nuit, le ballon a donc tendance à descendre.
Pour compenser la force ascensionnelle perdue et maintenir l'altitude constante, les promoteurs du Spirit of Knoxville avaient installé à bord de la nacelle un système de largage de lest, en fait de l'alcool (pour éviter le gel) contenu dans des ballasts. Manque de chance, la réserve d'alcool a été insuffisante lors de la dernière nuit pour compenser les pertes de gaz du jour précédent.
(Photo du Spirit of Knoxville Balloon Team)

Ballon largué et ballon-parachute

Il s'agit d'un cas particulier d'utilisation du ballon-parachute : deux ballons dont l'un sera largué (ou éclatera) et l'autre freinera la chute de la chaîne de vol. En dosant au plus juste le gonflage du ballon parachute on peut compenser le poids de l'ensemble par la force ascensionnelle du ballon-parachute et annuler la vitesse verticale.
C'est la méthode employée par Andy, ON4GB pour son opération "FRAPI 4" du 9 avril 2011.
L'attelage est formé d'une barre horizontale à laquelle sont suspendus une radiosonde DFM-06 alimentée par un bloc de piles supplémentaires, le tout protégé dans une boîte de polystyrène et un parachute. A cette barre sont accrochés trois ballons : deux qui sont sous-gonflés et un troisième un peu surgonflé. Ce dernier ballon sera le seul à éclater à une altitude proche de 20000m. La masse des restes de l'enveloppe est estimée à 200g. Le but des deux ballons sous-gonflés est de maintenir tout l'attelage à la même altitude. Pour cela ils ont été gonflés de façon à soulever à peine la barre, la nacelle, le parachute et les 200g hypothétiques correspondant aux restes de l'enveloppe du ballon tracteur.
Du fait que la masse des restes de l'enveloppe peut être plus ou moins grande, une incertitude subsiste sur le comportement de l'attelage : si la masse des restes est supérieure à 200g, l'ensemble va descendre. Dans le cas contraire, l'ensemble pourrait continuer à monter, du moins jusqu'à ce que les pertes de gaz affaiblissent suffisamment la force ascensionnelle des ballons restants.
Cette incertitude peut être évitée en utilisant un système de largage.