Abklärungen und Probleme

Vor der Durchführung des Fluges bestanden viele Unsicherheiten, welche zuerst so gut wie möglich ausgetestet und gegebenenfalls Änderungen durchgeführt werden mussten. Die wichtigsten habe ich hier vorgestellt.

Temperatur

Die Temperatur beträgt an der Tropopause etwa -70°C. Zum Vergleich: Die tiefste offiziell bestätigte Temperatur, welche je in der Schweiz gemessen wurde (La Brévine, 12. Januar 1987), beträgt -41.8°C, ein Tiefkühler erreicht etwa -18°C. -70°C ist also sehr kalt.

Doch nun zum eigentlichen Problem: Man könnte eigentlich meinen, da kein Lebewesen mitfliegt, welches diese Temperaturen spürt, ist das alles überhaupt kein Problem. Dem ist leider nicht so. Lithium-Ionen-Akkus, wie sie zum Beispiel in Handys oder Kameras vorkommen, auch in denen meines Projektes, ertragen keine allzu kalten Temperaturen. Sie sollten nicht kälter als 0°C werden. Dies ist immer noch 70°C wärmer als in der Tropopause. Daher müssen die Kameras gut isoliert werden, damit sie während des Fluges auch einwandfrei funktionieren.

Hartschaumplatten werden z.B. zur Isolation von Häusern verwendet und sind ziemlich leicht und extrem stabil. Auch können sie in jedem Baumarkt günstig gekauft werden. Die Box ist also aus solchen Hartschaumplatten gebaut. Die Wände haben eine Dicke von 2 – 6 cm. Hierdurch werden die „Innereien“ ausgezeichnet von der Kälte geschützt.

Um diese Isolation auch überprüfen zu können, was in einem handelsüblichen Tiefkühler nicht möglich ist (siehe oben), verbrachte die Box Ende August 2012 über eineinhalb Stunden in der eisigen Kälte eines Spezialgefrierschrankes am Kantonalen Labor des Kantons Zürich. Die Temperatur in diesem „Arktis-Simulator“ betrug -73°, in freier Natur wurden tiefere Werte bisher erst in der Antarktis gemessen. Der Temperatur- und Feuchtelogger im Inneren der Box sammelte während der ganzen Zeit fleissigst Daten.

Temperaturverlauf vor, während und nach dem Kältetest

Während des gesamten Versuches sank die Temperatur gerade mal auf 11°C, also noch alleweil in einem akzeptablen Bereich. Dieses Problem war somit eliminiert.

Druck

Der Druck beträgt in 30 km Höhe etwa 12 mbar, auf Meereshöhe sind es noch 1013 mbar. Um sich das vorstellen zu können: Wenn man auf Meereshöhe einen luftgefüllten Behälter luftdicht verschliesst und in 30 km Höhe transportiert, wobei im Inneren immer noch der Normaldruck auf Meereshöhe herrscht, dann drückt auf jeden Quadratzentimeter (Fläche eines Fingernagels) dieses Behälters eine Kraft von 1 kg nach aussen.

Vor dem Kältetest wusste ich noch nicht, wie gut die Box isoliert ist, und musste daher andere Wärmemethoden untersuchen. Das naheliegendste sind Wärmekissen wie man sie zum Beispiel aus den Skiferien kennt. Diese sind jedoch luftdicht verschlossen.

Ende Mai 2012 bekam ich die Gelegenheit, an der Kantonsschule zu testen, was mit einem Wärmebeutel im Unterdruck passiert. Hierfür wurde mir die Vakuumglocke zur Verfügung gestellt. Die Beutel wurden einem Druck von etwa 5 mbar ausgesetzt. Sie rissen nicht, blähten sich jedoch extrem auf. Im Normalzustand sind sie etwa 1 cm dick, im Unterdruck dehnten sie sich auf rund 5 cm aus.

Der Wärmebeutel bei Normaldruck (links) und bei Unterdruck (rechts)

Einerseits wusste ich nun, dass die Wärmebeutel diese Umgebungsbedingungen überleben würden. Andererseits hätten sie nicht satt eingebaut werden können und hätten somit die Kamera verschieben können.

Gesetzliche Grundlagen

Neben der extremen Kälte und dem starken Unterdruck musste ich auch kontrollieren, wie dieses Projekt von gesetzlicher Seite betrachtet wird. Schliesslich möchte ich dieses Projekt nicht verbotenerweise durchführen.

Bevor ich überhaupt mit der Vorbereitung begann, fragte ich das Bundesamt für Zivilluftfahrt BAZL, ob solch ein Projekt legal ist. Nach wenigen Tagen erhielt ich die Antwort.

SR 748.941 Verordnung des UVEK über Luftfahrzeuge besonderer Kategorien

Dieses Projekt sei legal, solange die Nutzlast unter 2 kg und der Ballon beim Start unter 30 m³ ist. Zudem muss der Startplatz mindestens 5 Kilometern von den Pisten eines Flugplatzes entfernt sein (siehe auch hier)

Einzelne Fotos oder durchgehende Filmaufnahme?

Irgendwann kam ich zu dem Punkt, an dem ich mich entscheiden musste, ob die Kameras einzelne Fotos oder ein durchgehendes Video aufzeichnen sollen. Beide Kameras waren in der Lage, Videos in 1080p aufzunehmen, Fotos schossen sie mit 8 respektive 11 MP.

Ein Video hat den Vorteil, dass man sieht, wie es in wirklicher Geschwindigkeit aussieht und wie der Ballon sich dreht. Fotos hingegen haben eine deutlich grössere Auflösung.

Da ich, unter Anderem auch für die Präsentation, einige Bilder auf Poster drucken wollte, entschied ich mich für einzelne Fotos. Die Auflösung bei Videos wäre dafür trotz Full HD nicht genügend gut. Dies kann man gut sehen, wenn man z.B. auf Youtube ein Video in bester Auflösung schaut und während des Videos pausiert.

Mein Ziel war es also, die Bilder in möglichst hoher Auflösung zu schiessen. Ausserdem sollten es möglichst viele Bilder werden. Der Speicherplatz der SD-Karte ist jedoch begrenzt. Also musste ich überprüfen, wie oft ein Bild geschossen werden soll. Ich entschied mich für alle 2 Sekunden (11 MP) respektive alle 3 Sekunden (8 MP, kürzest-möglicher Intervall).

Nach dem Flug erkannte ich, dass ich die richtigen Intervalle und Auflösungen gewählt hatte. Die Bilder waren gestochen scharf, und die Kamera, welche alle 2 Sekunden ein Bild aufnahm, fotografierte nach der Landung gerade noch knappe 12 Minuten, danach war der Speicher voll.

Wasserstoff oder Helium?

Wetterballone werden entweder mit Wasserstoff oder mit Helium befüllt. Wasserstoff ist deutlich leichter und billiger als Helium. Nun könnte man meinen, diese Frage sei hiermit erledigt. Dem ist aber nicht so.

Ich bin mir sicher, dass auch Sie schon von der Hindenburg gehört haben. Der grösste je gebaute Zeppelin explodierte im Mai 1937 bei der Landung in Lakehurst. Und die Hindenburg war mit Wasserstoff gefüllt. Ich wollte jedoch nicht, dass mein Ballon ähnlich endete wie die Hindenburg und entschied mich daher für Helium.