Die technischen Komponenten des Stratosphärenflugs

Mit diesem technischen Beitrag möchte ich dem Wunsch einiger Schüler nachkommen, die mich in den letzten Tagen angesprochen haben. Ich versuche alles so einfach wie möglich zu beschreiben. Wir stellen die technischen Komponenten vor, die Ausrüstung (die wir ins Forsthaus geschleppt haben) sowie den aktuellen Stand des Projekts, und wir beantworten Fragen, die aufgekommen sind.

Was schicken wir hoch?

Die technischen Komponenten lassen sich in grob vier Kategorien aufteilen: Umweltsensoren, Kameras, Computer und Funkgeräte.

An Umweltsensoren senden wir drei Temperatursensoren mit, welche die Temperaturveränderung während des Flugs dokumentieren, außerdem ein Luftdruckmessgerät, ein Gyroskop und einen Kompasssensor, um die Lage der Kapsel im Raum verfolgen zu können, und zu guter Letzt ein GPS-Modul, mit dem wir die genaue Position am Boden verfolgen können.

An Kameras planen wir derzeit zwei Action-Camcorder des Herstellers GoPro und eine weitere Kamera, die direkt an einen Computer angeschlossen wird. Dies kann sich aber noch nach oben ändern, Platz für weitere Kameras wäre jedenfalls vorhanden.

Wo wir gerade bei Computern sind. Die Kapsel wird zwei davon mit auf ihren Flug mitnehmen. Doch nicht solche, welche die meisten von euch sich jetzt womöglich vorstellen, sondern Computer von der Größe einer normalen Visitenkarte. Diese bilden das Rückgrat des Projekts, einen Ausfall sollte man vermeiden ;-).

Last but not least fliegen auch zwei Funkmodule mit, welche laufend Bilder, Umweltdaten und die aktuelle GPS-Position nach Urspring senden und dort angezeigt werden können.

Was haben wir für dieses Projekt angeschleppt? Um es kurz zu machen: viel! Ausführlich betrachtet, befinden sich neben zwei Laptops, an die jeweils ein Monitor angeschlossen ist, einem Fernseher, einem Labornetzgerät zur Stromerzeugung, zwei Koffer mit elektronischen Bestandteilen und einem sehr gut ausgestattetem Werkzeugkoffer auch viele Zeitschriften und Bücher, welche der Recherche dienen.

Der aktuelle Stand ist auch eine sehr interessante Frage. Was im Endeffekt vonnöten sein wird, habe ich oben bereits anklingen lassen. Unsere Kapsel soll autark über die angeschlossen Sensoren die Werte auslesen, speichern und in das Funkmodul einspeisen können. Gleichzeitig werden von den Kameras an Bord so viele Bilder wie möglich gemacht werden, so dass wir nach der Landung eine Fülle von Material zur Verfügung haben. Eine Kamera allerdings wird eine besondere Aufgabe haben. Sie ist direkt mit einem der beiden Computer verbunden. Die Bilder, die diese Kamera machen wird, übertragen wir über Funk direkt nach Urspring, wo sie, neben den Umweltwerten, direkt angezeigt werden.

Wie wird das ganze Projekt nun physikalisch realisiert? Der Ballon, bestehend aus einer Latexhülle, wird mit Helium gefüllt, bis er sich selbst und das Gewicht der Kapsel heben kann (ca 3 m³). Dies gelingt, da Helium eine geringere Dichte als die umgebende Luft besitzt. Daher steigt die Kapsel in die Lüfte. Da in höheren Luftschichten ein geringerer Druck von der umgebenden Luft auf den Ballon ausgeübt wird, dehnt sich das Helium und mit ihm der Ballon aus. Das geht so lange weiter, bis der Ballon bei einem Durchmesser von ca. 2,5 m seine maximale Ausdehnung erreicht hat. Sobald der Ballon dem Druck von innen nicht länger standhalten kann, platzt er. Da die Geschwindigkeit, mit der die Kapsel nun in Richtung Erde stürzen wird, für die Nutzlast deutlich zu hoch sein wird, wird in der Mitte der 50 m langen Verbindungsschnur ein Fallschirm befestigt. Dieser wird den Fall der Kapsel gen Erde bremsen. Anfangs wird davon so gut wie nichts zu spüren sein, da die Bremswirkung aufgrund der dünnen Erdatmosphäre gering sein wird. Jetzt kann das mutmaßliche Landegebiet eingegrenzt und das Bergungsauto auf den Weg gebracht werden. Nun können laufend die Positionsdaten von der Sonde und dem Auto verfolgt werden.

Doch wie erhalten wir die Daten der Sonde im Sinkflug, wenn sie hinter der Schelklinger Alb heruntergeht? Die Lösung ist das weltweite Netz von Amateurfunkern, welche die Funksignale auch empfangen und ins Internet stellen. Diese Daten werden ausgewertet, um eine genauere Eingrenzung des Landegebietes vornehmen zu können. Im Idealfall landet die Kapsel am Fallschirm und den Resten des Ballons ungefähr 3,5 Stunden nach dem Start in ca. 60-80 km Entfernung auf einer Wiese. Doch dies sind Faktoren, die wir nicht in der Hand haben.

Soweit können wir euch zum derzeitigen Stand informieren. Das wird allerdings auch nicht der letzte Beitrag zu diesem Thema sein. Übrigens: Der Start wird aufgrund des Weldrekordversuchs am 20. März 2015 gegen 9.00 Uhr MEZ stattfinden.

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