myDatalogMUCmini überzeugt selbst unter Extrembedingungen am Stratosphärenballon

myDatalogMUCmini in der Stratosphäre
myDatalogMUCmini in der Stratosphäre

Als am Morgen des 26. Juni 2015 einige Mitglieder der AG Amateurfunk und Elektronik des Liborius-Gymnasiums in Dessau mit ihren Helfern den Aufbau für die Bodenstation ihrer bevorstehenden Sputnik 3 Mission begannen, ahnte noch keiner die dramatischen Wendungen des Tages. Die Wetterbedingungen morgens 10 Uhr versprachen einen ruhigen Start, Anschauungsmaterial zu den bisherigen zwei Sondenmissionen und die Funkstation für die Verfolgung des Ballons wurden schnell aufgebaut. Der Microtronics Partner UTK – EcoSens GmbH aus Zeitz sponserte das benötigte Helium samt Füllgarnitur und übernahm das Füllen des Ballons. Im Gegenzug durfte eine kleine – aber am Ende sehr wichtige – Sonderfracht den Weg der – von den Schülern selbst gebauten – Sonde begleiten.

„Aufgrund der bisher sehr guten Erfahrungen mit einem myDatalogEASY zur Datenerfassung an einem für umweltmeteorologische Fragestellungen eingesetzten Hexacopter wollte UTK das Verhalten eines Microtronics Moduls unter extremen Bedingungen in der freien Atmosphäre testen und dieses zugleich zur ergänzenden Datenerfassung der Luftfeuchte und zum Test zweier Luftdrucksensoren einsetzen. Da der myDatalogEASY aus Gewichtsgründen ausschied, setzte UTK ein myDatalogMUCmini Modul ein, welches sich aufgrund der guten Anschließbarkeit der Sensoren hervorragend für diese Aufgabe eignete. Auch hier wurde aus Gewichtsgründen auf das Gehäuse verzichtet und die reine Platine des myDatalogMUCmini genutzt.“, erklärt Dipl.-Met. Ralph Oestreicher (Geschäftsführer UTK-EcoSens GmbH) die Beweggründe für einen Einsatz des myDatalogMUCminis. Die Stromversorgung übernahmen zwei 9V Lithium-Batterien, welche in Reihe geschaltet, zum Start rund 17V und zum Ende der Mission nach 6 Stunden Betrieb noch immer rund 15V, bereitstellten.

Start des Wetterballongs mit myDatalogMUCmini
Start des Wetterballongs mit myDatalogMUCmini

Das Abheben des Wetterballons war der Höhepunkt des Schulfestes in Dessau. Nach der Eröffnung des Schulfestes trafen sich alle Beteiligten der Ballonmission zu letzten Absprachen. Der Funkkontakt untereinander wurde noch einmal durch die anwesenden Funkamateure getestet, bevor die Verfolgerteams sich in Richtung der erwarteten Flugroute begaben. Letztere wurde mittels Prognosemodell nochmals kurz vor dem Start verifiziert und am Ende der Mission recht genau bestätigt.

Eine zweite Bodenkontrollstation wurde von den Schülern planmäßig im benachbarten Wolfen in Betrieb genommen. Mit den in 120 Meter Höhe befindlichen Antennen auf dem Schornstein der Wolfener Stadtwerke sollten beide in der Lage sein, die Mission über die ganze Dauer zu verfolgen.

Gegen 14:30 MESZ begann die Befüllung des 1000g Wetterballons unter den Augen vieler Schaulustiger. Um das Ereignis für die Anwesenden etwas verständlicher zu machen, kommentierte der die AG leitende Physiklehrer sowie die anwesenden AG-Mitglieder über eine Lautsprecheranlage die einzelnen Schritte.

Punkt 15:14 MESZ erhob sich der Ballon mit Sputnik 3 unter Anwesenheit vieler hundert Schaulustiger in den Himmel. Die Telemetrie funktionierte hervorragend, der Auftrieb des Ballons hob die Nutzlast zügig über die Dächer der Stadt. Minuten später konnte die Bodenstation anhand der übermittelten Daten Genaueres über die Steigrate sagen. Diese betrug nur rund 2,5… 3m/s, was bereits auf einen langen Flug und eine hohe Endhöhe hindeutete.

In einer Höhe von etwa 10.300 Metern setzte dann um 16:30 MESZ plötzlich der Temperatursensor der von den Schülern gebauten Sputnik 3 Sonde aus. Die Temperatur lag zuletzt bei etwa 26 °C im Inneren der Sonde. Um 16:50 MESZ geschah dann das Unvorstellbare, Sputnik 3 verstummte in einer Höhe von 13.030 Metern bei einem Luftdruck von 173hPa. Eine beklemmende Stille machte sich unter den anwesenden Schülern der Bodencrew breit. Was konnte die Nutzlast nach fast zweistündigem erfolgreichen Flug zum Schweigen gebracht haben?

Es folgten bange Stunden und Hoffen. Der Sensor der Sputnik 3 Sonde wurde (vor)schnell als möglicher „Übeltäter“ ausgemacht. Sein kompliziertes I²C-Protokoll wurde noch nie unter diesen Bedingungen, wie nahezu Vakuum und tiefsten Temperaturen getestet. Doch die Hoffnung wurde nicht aufgegeben. Zum Glück war ja noch die Sonde von UTK-EcoSens mit an Bord und nun lag alle Hoffnung auf dem Microtronics-Modul sowie einem zusätzlich mit eingebauten GPS-Tracker, der das Wiederauffinden der Sonde erleichtern sollte. Da auch die Verbindung zum myDatalogMUCmini erwartungsgemäß in ca. 5km Höhe abbrach, musste gewartet werden, bis sich einer der Sender wieder meldete.

Flug Sputnik3
Flugroute von Sputnik3

Die Stimmung der Bodencrew am Liborius-Gymnasium sank langsam auf den Tiefpunkt. Der Ballon sollte nach den Berechnungen bis spätestens 20:30 Uhr wieder gelandet sein. Die Zeit der Wiederaufnahme möglicher Signale rückte immer näher, doch dauerte es am Ende bis kurz nach 21 Uhr als sich als erstes der myDatalogMUCmini wieder meldete und die gespeicherten Daten übertrug. Dank eines integrierten Datenspeichers von 424.980 Datenpunkten speichert der myDatalogMUCmini selbst bei fehlender GSM/GPRS-Verbindung die Daten lokal am Gerät. Sobald wieder eine Verbindung hergestellt werden kann, überträgt der myDatalogMUCmini die gespeichert Daten automatisch an den Webserver. So stellen Übertragungsunterbrechungen oder vorübergehende Funklöcher kein Problem für die Geräte von Microtronics dar.

Weiche Landung im Konrfeld
Weiche Landung im Kornfeld

Um 21.05 Uhr meldete sich dann auch der GSM Tracker mit den genauen Koordinaten und um 21:10 Uhr bestand Gewissheit, der Ballon war nach über 6 Stunden östlich von Altenburg in Thüringen gelandet.

Die direkte Entfernung zwischen Start- und Landeplatz betrug damit etwas mehr als 100km. Der Ballon legte bis zum Landeort mehr als 200 Kilometer zurück und erreichte eine Höhe zwischen 34 und 38km in der Stratosphäre, was einem Luftdruck von nur rund 10hPa bzw. 1% des Luftdruckes auf Meeresniveau entspricht. Das Microtronics Modul arbeitete über den gesamten Zeitraum von über 6 Stunden fast fehlerfrei und zeichnete Batteriespannung, Feldstärke und die Daten der Nutzfracht auf. Nur beim Wiedereintritt in die Troposphäre kam es für ca. 10 Minuten zu einer Datenlücke, die dank des myDatalogMUCmini schnell und eindeutig der Stromversorgung zugeordnet werden konnte. Hier brach die Akkuversorgung auf unter 10V ein, was möglicherweise auf Kondensation der in der Troposphäre wieder ansteigenden Luftfeuchte an den stark unterkühlten Bauteilen zurückzuführen ist. Der nächste Einsatz erfolgt daher sicher „gekapselt“. Als Ursache des Ausfalles von Sputnik konnte von den Schülern im Nachgang ein einfacher Programmierfehler ausgemacht werden. Es war nur das Format des Höhenkanales, der zu einem Speicherüberlauf und am Ende zum Verstummen der Sonde führte.

UTK-EcoSens GmbHUTK-EcoSens GmbH ist Experte für alle Dienstleistungen rund um Umweltmess- und Überwachungssysteme. Messgeräte für Anwendungen in der Hydrologie, Meteorologie und Bodenkunden sowie Solar-, Pegel- und Niederschlagsmessstellen mit Web-Anbindung komplettieren das Angebot von UTK-EcoSens GmbH. Über die Plattform ecoDatanet.de stehen Ihnen Ihre Messdaten über das Internet zur Verfügung. Die Datenerfassung erfolgt automatisch und kann jederzeit über PC, Laptop oder Smartphone weltweit abgefragt werden. Dazu benötigen Sie keine spezielle Software, sondern lediglich einen herkömmlichen Webbrowser.

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