Dritter und vierter Start während der IdeenExpo

Mit etwas Verspätung jetzt auch noch die Flugrouten vom dritten und vierten Start:


Größere Kartenansicht



Größere Kartenansicht

Demnächst wird es an dieser Stelle nochmal eine Zusammenfassung des Projektes geben :-)

Zweiter Start auf der IdeenExpo 2011

Heute war der zweite Ballonstart auf der IdeenExpo. Es wieder alles gut geklappt, die Flieger wurden wie geplant ausgesetzt und die Box ist heile herunter gekommen, auch wenn sie diesmal recht knapp zwischen stark befahrener Straße, Hochspannungsleitung und Bahnstrecke gelandet ist. Hier gibt es schon mal eine Karte mit der Flugroute, so wie von den letzten Flügen auch schon.


View Larger Map

Erster Start auf der ideenExpo 2011

Gestern war der erste Start auf der IdeenExpo 2011. Es war deutlich windiger als beim letzten Start und wir hatten Mühe, den Ballon im Zaum zu halten. Nach dem gemeinsamen Countdown stieg der Ballon dann auf, nicht ohne vorher nochmal eine der Laternen auf der Brücke zu touchieren.

Wir haben dann unsere Sachen ins Auto geladen und haben uns auf den Weg ins prognostizierte Landegebiet gemacht.


Größere Kartenansicht

Wir hatten trotz etwas stärkerer Bewölkung als beim Pressestart die ganze Zeit immer mal wieder Funkkontakt zum Ballon. Etwas schwieriger gestaltete sich diesmal die Bergung. Als wir an der Stelle waren, an der uns die Elektronik den letzten gültigen GPS-Wert übermittelt hatte, gingen wir vom Schlimmsten aus. Wir standen direkt vor einem Maisfeld. Die ERIG hat inzwischen langjährige Erfahrung mit raketenfressendem Mais, einer besondere Unterart des normalerweise angepflanzten Futtermais. Alles was in diesen Maisfeldern niedergeht, wird normalerweise auch nach gründlicher Suche nicht wiedergefunden. Nachdem wir den abgernteten Kartoffelacker auf der anderen Straßenseite abgesucht hatten, war klar, dass sich die Box nur im Maisfeld befinden konnte. Nach dem mehrere Versuche fehlschlugen, die Box von oben zu finden (dank der Bäume am Starßenrand :-) ), entschieden wir uns, die Box durch Triangulation zu suchen.

Dafür benutzten wir die große 12 dBi-Patchantenne. Diese Antenne hat eine starke Richtwirkung (Öffnungswinkel horizontal wie vertikal 45°). An mehreren Stellen rund um das Feld haben wir dann die Signalstärke und Richtung gemessen. Dadurch konnten wir die Box bis auf wenige Meter lokalisieren. Nachdem klar war, in welchem Bereich die Box lag, gingen wir mit mehreren Leuten im 5 m-Abstand die Reihen ab. Dies brachte endlich den Erfolg. Jonas entdeckte die Box mitten im Mais.

Nach dem Fund ging es dann zurück nach Braunschweig, wo wir anfingen die Daten auszuwerten. In Kürze gibt es auch nochmal neue Diagramme zum Flug. Nur soviel sei schon verraten: Wir haben unseren bisherigen Höhenrekord um fast 3 km überboten und diesmal mehr als 33 km Höhe erreicht!

Video vom Presseflug

Holger Kölling vom VPK hat vom letzten Testflug ein kleines Video zusammengeschnitten:

Flugauswertung des Pressestarts

Wir haben jetzt am Wochenende angefangen, die aufgezeichneten Daten des letzten Fluges mal auszuwerten. Das erste Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf von einigen Flugparametern.

Das zweite Diagramm zeigt den Verlauf des Luftdrucks, aufgetragen über die Höhe. Man kann hierbei zwei Details deutlich erkennen:

1. Der Verlauf der Kurve zeigt deutlich, dass zwischen Luftdruck und Höhe keine lineare, sondern in erster Näherung eine Exponentialfunktion.

2. Der gewählte Drucksensor ist nur bedingt für diese niedrigen Drücke geeignet. Bis ca. 17 km haben wir noch brauchbare Werte bekommen, danach war der Sensor an seiner unteren Grenze.

Auch die Auswertung der GPS-Daten haben wir vorgenommen. Eine Erläuterung der einzelnen Markierungen und Spuren bekommt man, wenn man unten auf "View Larger Map" klickt. Wenn man das GoogleEarth-Plugin verwendet, kann man sich den Flugverlauf sogar in 3D ansehen (rechts oben auf "Earth" klicken, erfordert ggf. eine Installation des Plugins).


View Larger Map

Dritter Teststart - Pressetermin auf dem Gelände der IdeenExpo

Am Donnerstag haben wir den letzten Probestart durchgeführt. Dies geschah im Rahmen eines Baustellenrundgangs der Ministerpräsidenten von Niedersachsen und Sachsen, David McAllister und Stanislav Tillich. Beide haben noch ihre Unterschrift auf die Box gesetzt und schon ging es los Richtung Stratosphäre. Diesmal hatten wir auf Grund des guten Wetters und wenigen Wolken praktisch die ganze Zeit Funkkontakt zum Ballon. Auch das neue, extra aus den USA importierte High-Altitude-GPS hat seinen Zweck erfüllt und auch über 18 km Höhe noch sinnvolle Daten geliefert. Die größte Höhe hat der Ballon nach ca. 1:20 Stunde erreicht: 30580 m! Wir werten derzeit noch die Daten des letzten Fluges aus. Wenn wir damit fertig sind, werden wir sie hier in den nächsten Tagen präsentieren.

Die nächste Aktion ist die Massenfertigung der Boxen und Platinen, um für alle Eventualitäten während der IdeenExpo gerüstet zu sein. Weitere Informationen zum Projekt gibt es jetzt auch auf der offiziellen "Mission Paperspace"-Webseite http://www.mission-paperspace.de.

Zweiter Teststart - Ein voller Erfolg

Am letzten Freitag haben wir unseren zweiten Teststart durchgeführt. Diesmal hat es im Großen und Ganzen so geklappt, wie wir uns das vorgestellt haben. Was allerdings noch nicht funktioniert ist das GPS, wenn der Ballon 18km Höhe überschreitet, obwohl der Hersteller genau das im Datenblatt verspricht. Mal abwarten, ob es eventuell noch eine spezielle Firmware oder ähnliches gibt. Ein weiteres Problem, was wir noch untersuchen wollen, ist die Funkstrecke. Das Modem hat während des Fluges völlig problemlos funktioniert, allerdings ist der Empfang schon nach wenigen Kilometern Höhe abgerissen. Wir haben im Moment die Wolken in Verdacht, mal sehen, ob wir das nachstellen können...

Das wichtigste ist aber, dass wir jetzt die Papierflieger fast im Weltraum ausgesetzt haben.

Auch die Bergung verlief problemlos. In ca. 3km Höhe konnten wir wieder Daten empfangen. Der berechnete Landeort hat diesmal so gut gepasst, dass wir den Ballon sogar auf den letzten Metern noch landen sehen konnten.

Eine weitere Überraschung war eine E-Mail, dass bereits der erste Flieger wiedergefunden wurde. Links im Menü gibt es jetzt auch eine Karte, auf der der die gefundenen Flieger eingetragen werden.

Erster Teststart

Es ist eine Weile her seit unserem letzten Eintrag. Wir möchten uns bei allen, die auf Neuigkeiten gewartet haben, dafür herzlich entschuldigen. Nach dem der für den 1. Juli angekündigte Testflug nicht komplett geklappt hat, wurde erst mal Fehlersuche betrieben und der "Türen auf!"-Tag der Sendung mit der Maus durchgeführt. Jetzt, wo die Aktion hinter uns liegt, ist sehr schnell wieder der normale Arbeitsrhythmus eingekehrt. Wir sind eifrig dabei eine neue Nutzlast für einen zweiten Teststart Ende Juli zu fertigen, und die noch bestehenden technischen Probleme, die bei dem ersten Teststart sichtbar wurden, zu beheben. Aber eins nach dem anderem. Das Wetter am Vormittag des 1. Juli, der Tag des ersten Teststarts, war etwas wechselhaft und windig, aber wir hatten Glück, dass es trocken blieb. Wir erreichten unser Startgelände um ungefähr 9 Uhr und fingen nach einer kurzen Frühstückspause mit den Vorbereitungen an. Während die Elektronik nochmals getestet wurde, wurden die verschiedenen Teile der Nutzlast, die Box, der Fallschirm und natürlich das Netz mit den Papierfliegern aneinander befestigt. Während dessen wurde auch alles, was für das Befüllen des Ballons notwendig ist, aufgebaut. Wir begannen mit dem Befüllen des Ballons um ungefähr 10:45, eine viertel Stunde vor dem Beginn unseres Startfensters. Der wechselhafte Wind machte das Befüllen etwas schwierig, und es waren 7 Leute notwendig, um den Ballon dabei unter Kontrolle zu halten. Trotz Schwierigkeiten mit dem Wind, lief das eigentliche Befüllen sehr gut und alles hielt dicht. Unser Verfahren für das Befestigen des Ballons am Befüllungsstutzen und an Wasserkanistern zum Festhalten des Ballons auf der Erde erwiesen sich als sehr effektiv.

Als der Ballon und die Elektronik dann soweit bereit war, wurde alles miteinander verbunden und der Ballon langsam an einem Seil hoch gelassen, bis das komplette System am Ballon in der Luft hing. Nach einem kurzen Countdown ging es los. Nach ein paar Sekunden Aufstieg meldete die Elektronik dass sie in den „Flugzustand“ übergegangen war. Sie sendete im 1-Sekunden-Takt Flugdaten an unseren Empfänger. Für die erste Minute lief alles wie geplant, mit einem rasanten Aufstieg von 7 m/s in Richtung Wolken. Nach einigen Minuten in der Luft konnten wir jedoch keine Flugdaten empfangen. Wir hatten noch die Hoffnung, dass dies nur ein vorübergehendes Problem war und wir schnell wieder Daten empfangen könnten. Nach etwa 10-15 Minuten Abwarten am Startplatz begannen wir alles einzupacken und uns auf den Weg in das erwartete Landegebiet zu machen. Wir versuchten während der Fahrt mit verschiedenen Antennen ein Signal vom Ballon zu empfangen, aber der Ballon meldete sich einfach nicht mehr. Somit blieb nur noch das Backupsystem, das in die Elektronik eingebaute GSM-Modul das bei der Landung die GPS-Koordinaten per SMS an uns schicken sollte. Dieses Signal kam aber auch nicht, und somit musste die Bergungsoperation nach ein paar Stunden abgebrochen werden. Im Nachhinein machten wir eine erstaunliche Erkenntnis anhand der Flugdaten der ersten paar Minuten in der Luft. In wenigen Minuten ist die Temperatur innerhalb der sehr gut isolierten Box von etwa 18°C auf über 30°C angestiegen, was stark darauf deutet dass die Elektronik einfach zu heiß geworden sein könnte und deswegen versagt hat. Die Elektronik und die Kameras wurden unter Vakuum-Bedingungen und eisigen Temperaturen getestet, aber keiner ahnte, dass wir vielleicht ein thermisches Problem in die andere Richtung bekommen könnten. Erst später wurde uns bewusst, dass die Kameras deutlich mehr Abwärme erzeugt haben als in den Vortests, weil die verwendeten Kameras ihre Videos im MPEG-Format abspeichern. Dies bedeutet, dass zwischen zwei Keyframes nur Veränderung zwischen den Bildern gespeichert werden, und somit eine schnell bewegende Kamera deutlich mehr Rechenaufwand im DSP (Digitaler Signal Prozessor) benötigt, als eine Kamera, die auf einem Tisch steht und immer dass gleiche Bild sieht. Weitere inzwischen durchgeführte Tests haben diese Vermutung bestätigt. Nachdem wir eine neue Elektronik gefertigt hatten, haben wir auch noch einen Bug in der Software entdeckt, die dafür gesorgt hat, dass sich die Elektronik unter gewissen Umständen komplett aufhängen kann. Dieser Bug wurde beseitigt und mehrer Dauertests durchgeführt. Seitdem gab es keinen einzigen Software-Lock mehr ;-). Des weiteren haben wir in der Zwischenzeit einen weiteren Range-Test durchgeführt und konnten zeigen, dass wir auch unter widrigen Bedingungen (Keine Sichtverbindung auf Grund von Bäumen) bis zu 55 km überbrücken können. Am letzten Samstag kam dann endlich ein erlösender Anruf aus Winsen an der Aller. ein Landwirt hat bei der Rapsernte unsere Box gefunden! Gestern sind wir dann nach Winsen gefahren und haben unsere Box abgeholt. Die Speicherkarten und Kameras, wie auch die Elektronik haben glücklicherweise überlebt. Hier noch ein paar Eindrücke:

Der Countdown rückt näher - Finaler Systemtest

Morgen findet der erste Teststart des Ballons statt. Um sicherzugehen, dass das System funktioniert, haben wir einen Systemtest durchgeführt. Dafür haben wir alles bis auf den Ballon und die Elektronik flugfertig aufgebaut und haben anschließend die einzelnen Komponenten getestet. Nachdem wir die Struktur hochgezogen haben, haben wir einen Dropout-Test durchgeführt. Da wir schlecht die Abwurfhöhe für die Elektronik simulieren können, haben wir die Elektronik so programmiert, dass nach einer kurzen Wartezeit nach Einschalten der Elektronik der Pyrocutter ausgelöst wird. Um gleich zu testen, ob Strom und Spannung reichen, haben wir 5m Zwillingslitze benutzt. Diese Länge entspricht beim Flug der Entfernung zwischen der Box und dem oberen Pyrocutter, der im Zweifelsfall den Ballon abtrennen kann. Es hat sich gezeigt, dass das einfache Netz absolut zuverlässig alle Papierflieger in die Freiheit entlassen hat

Anschließend haben wir die Box am Fallschirm absteigen lassen. Es haben alle Teile überlebt, Fallschirm also richtig dimensioniert :-).

Gleichzeitig haben wir auch die GoPro Hero-Kameras getestet. Die Bilder sind genauso, wie wir sie uns vorgestellt haben. Wenn alles klappt, und wir die Box nach der Landung wieder finden, haben wir morgen Bilder von Papierfliegern, die fast im Weltraum waren.

Jetzt muss ich aber erst mal weiter Software schreiben, die letzten Zeilen Code dürfen morgen nicht fehlen!

Das Netz - runter sollen sie immer!

Die Hauptaufgabe des Ballonfluges ist es natürlich, die Papierflieger in großer Höhe auszusetzen. Auf der Suche nach einem zuverlässigen Weg dies zu tun wurden diverse Prototypen entwickelt und getestet.

Wichtig war dabei neben dem zuverlässigen Aussetzen der Flieger auch eine möglichst leichte Konstruktion, denn je weniger die Struktur wiegt, desto mehr Papierflieger können mitgenommen werden.

Es gab Befürchtungen, dass sich ein Großteil der Flieger in den Netzmaschen verfangen würden. Daher wurden zahlreiche Konzepte mit einem starren Rahmen entwickelt, welcher dann ein schnelles und weites Öffnen des Fliegerreservoirs gewährleisten sollte.

Im Bild ist ein Prototyp aus Holzleisten und

Vogelschutznetz zu sehen, welches beispielsweise von Obstbauern benutzt wird. Es wurde auch noch eine zweite, leichtere Variante aus Schaumstoffröhren gefertigt.

Leider hatten alle starren Entwürfe Probleme mit dem Gewicht, weshalb einzelne Tests mit freihängenden Netzen gemacht wurden. Nachdem diese erfolgreich verliefen wurde diese zudem um ein vielfaches einfachere Variante für die Flugversion ausgewählt. Dabei ist ein rundes Netz in der Mitte an der Verbindungsleine zwischen Box und Ballon befestigt. Der Rand des Netzes ist, bei großen Maschen direkt, bei kleinen Maschen mithilfe von Ösen, auf einen kurzen Ring aus Band aufgefädelt, welcher wiederum oberhalb des ersten Befestigungspunktes an der Hauptleine befestigt ist. Wird dieser Ring durchtrennt, rutscht der Rand des Netz von diesem ab, das Netz stülpt sich aufgrund seines Eigengewichts und des Gewichts der Flieger um und setzt diese frei.

Um die Qualität der bei diesem Aufbau zu erwartenden Videobilder zu beurteilen, besonders im Hinblick auf eine gleichmäßige Freisetzung der Flieger in alle Richtungen, wurde ein Protoypennetz an ein Seil zusammen mit einer ersten Version der Box samt Kamera befestigt und mit Papierfliegern gefüllt. Der Test, welcher durch manuelles Durchschneiden des Seilrings auf einer Plattform der Feuerleiter durchgeführt wurde, lieferte einen guten ersten Eindruck dieser Aufnahmen:

Für den Flug ist geplant, den Seilring mittels eines Pyrocutters zu durchtrennen, welcher eigentlich für das Auslösen des Reserveschirms bei Fallschirmspringern gedacht ist und entsprechend zuverlässig funktioniert.

Dieser Pyrocutter wird von der Elektronik ausgelöst, wenn bestimmte Kriterien bezüglich der Flugdauer, Flughöhe, etc. erfüllt sind.

Rangetest - Halten die Funkmodule die versprochene Reichweite?

Wir möchten mit unserem Ballon schöne Aufnahmen von Papierfliegern in der Stratosphäre machen. Ein Livebild ist leider nicht möglich, da die benötigte Bandbreite der Kameras zu groß ist. Aber wir können die Kameras ja im Nachhinein auswerten. Dafür müssen wir die Box, die unter dem Ballon hängt allerdings nach der Landung am Fallschirm wiederfinden. Als Notfallsystem haben wir ein GSM-Modem an Bord, dass über das Handynetz eine SMS mit den Landekoordinaten verschickt. Um allerdings auch während des Fluges die Position und die Höhe des Ballons zu bekommen, haben wir ein Funkmodem an Bord, dass im 868MHz-SRD-Band sendet. Laut Hersteller soll man damit 40km überbrücken können. Das will natürlich vor dem ersten Flug getestet sein :-)

Wir sind dann mit Ballon-Elektronik und Empfangslaptop nach Wittmar im LK Wolfenbüttel gefahren und dort auf den Bismarckturm geklettert. Dort haben Daniel und Franzi dann mit der Elektronik und einer 2dBi-Dipolantenne gewartet, während Georg und ich mit dem Auto durch das Harzvorland gefahren sind. Wir hatten drei Antennen zur Auswahl:

• 2dBi Dipolantenne
• 8dBi Patchantenne (55° h/v)
• 12dBi Patchantenne (45° h/v)

An drei Orten haben wir dann versucht, die Ballonelektronik zu empfangen. Auf der Karte kann man erkennen, dass wir als größte Entfernung 26 km überbrücken konnten. Leider reichte unsere Zeit nicht mehr, noch weiter weg zu fahren. Aber wir werden demnächst noch einen zweiten Test durchführen und versuchen, eine noch größere Distanz zu überbrücken. Ich bin optimistisch, das der Versuch gelingen wird, da wir die 26 km problemlos mit der kleinen 2dBi-Dipolantenne überbrücken konnten.

Der Rangetest hat uns allerdings gezeigt, dass wir die Software auf beiden Seiten noch etwas an den Feldeinsatz anpassen müssen. Nach wenigen Minuten hat das Funkmodul auf der Ballonseite immer wieder aufgehört zu senden. Dieses Problem haben wir inzwischen in den Griff bekommen und können ohne Unterbrechung senden. Das 868MHz-SRD-Band ist auf 10% Sende-Dutycycle begrenzt (bezogen auf eine Stunde). Da wir die Datenrate am Anfang etwas zu hoch gewählt hatten und ein Parameter der Module falsch gesetzt war, sind wir schon nach ein paar Minuten in diese Begrenzung geraten (Die Module haben als Fehlersicherung jedes Datenpaket mehrfach gesendet).

Wir sind gespannt auf die Ergebnisse des nächsten Tests!

Aufstiegsberechnung - Wie hoch wird der Ballon kommen?

Nachdem das Gesamtsystem an Form annimmt und die einzelnen Massen der Subsysteme genauer bestimmt werden können, ist es Zeit die Berechnung des Fluges zu verfeinern. Die bisherige Dimensionierung beruht auf Abschätzung und Erfahrungswerten aus anderen Projekten. Deshalb wurde ein kleines Berechnungstool basierend auf einer Tabellenkalkulation erstellt, mit dem sich der Ballonaufstieg simulieren lässt.

Zunächst wurde die Atmosphäre modelliert, um bei gegebenen Bodenbedingungen Druck und Temperaturverlauf in Abhängigkeit der Flughöhe zu bestimmen. Über das ideale Gasgesetz und die Heliummasse im Ballon lässt sich dessen Volumen bestimmen. Der Einfluss der Spannung durch das Aufblasen der Ballonhülle wurde dabei jedoch vernachlässigt, da keine zuverlässigen Werte des Elastizitätsmodul vorliegen und dieser zudem nichtlinear vom Ballondurchmesser abhängt.
Über das Ballonvolumen und die Umgebungsbedingung lässt sich die Auftriebskraft bestimmen und damit nach Abzug der Gewichtskraft und des Luftwiderstands auch die Beschleunigung. Über die Zeit integriert erhält man die Aufstiegsgeschwindigkeit und eine weitere Integration liefert die Höhe. Die Integration wird numerisch mit der Tabellenkalkulation durchgeführt.

Im folgenden wird eine Bespielrechnung mit einem Systemgewicht von 5 kg und einer Heliummasse von 1,15 kg aufgeführt. Bei einer Bodenbedingung von 300 Kelvin (etwa 27°C) und 1,013 bar ergeben sich bei einem Ballon-Berstdurchmesser von 11 m folgende Werte:

Flughöhe und Ballondurchmesser in Abhängigkeit der Flugzeit

Man kann dem Diagramm entnehmen, dass der Berstdurchmesser von 11 m nach einer Zeit von 4500 s (1 Stunde 15 Minuten) in einer Höhe von ca. 32 km erreicht wird. Die folgende Grafik zeigt die Temperatur und den Luftdruck in Abhängigkeit der Flughöhe:

Druck und Temperatur in Abhängigkeit der Flughöhe

Hier kann man deutlich erkennen, welchen Umgebungsbedingungen der Ballon und die Elektronik ausgesetzt sind und nach dem Flug die Daten mit den Annahmen der Vorauslegung abgleichen.

Mithilfe dieser Daten kann der Flug geplant werden und die Parameter für die Gipfelpunkterkennung und Sicherheitsauslösung in der Software eingestellt werden. Falls die Nutzlastmasse angepasst oder Gipfelhöhe und Aufstiegszeit verändert werden sollen, kann mithilfe des Tools schnell der Flugablauf berechnet werden und gegebenenfalls die Heliumfüllmenge angepasst werden.

Insgesamt ist die berechnete Flugleistung wesentlich besser als in der ersten Abschätzung. So besteht die Möglichkeit, mehr Nutzlast als ursprünglich geplant mitzuführen. Die Elektronik ist auf einen Betrieb von knapp 6 Stunden ausgelegt. Das bietet genügend Zeitreserve für einen durch zuzätzliche Nutzlast verlangsamten Aufstieg. Weiterhin besteht die Möglichkeit, mehr Helium in den Ballon zu füllen. Durch diese Maßnahme lässt sich die maximale Nutzlastmasse ebenfalls vergrößern.

Die Verpackung und was drin ist...

Wie bringt man die elektronische Geräte auf eine Höhe von 30 Kilometer ohne das sie dabei einfrieren? Und wie kommt alles wieder heile runter? Fragen, die geklärt werden mussten.
Was hoch muss war, im Prinzip schon vorgegeben: zwei Kameras um möglichst viel vom Geschehen aufzunehmen, die Elektronik und die Papierflieger. Von den Papierfliegern werden wir später noch erzählen. Runter kommt alles am Fallschirm, nachdem der Ballon in etwa 30 km Höhe geplatzt ist.

Angesichts von Temperatur von -60° Celsius, bei denen nichts elektronisches ungeschützt überlebt, braucht die Elektronik unbedingt eine Schutzhülle. Schnell kamen wir auf die Idee eine Styroporbox zu verwenden. Die ist sehr leicht und lässt durch drei Zentimeter dicke Wände kaum Wärme durch. Nur der Platz ist innen ganz schön knapp.

Um den wertvollen Platz möglichst sinnvoll auszunutzen, haben wir uns für GoPro HD Hero Naked-Kameras entschieden. Diese Kameras haben auch schon bei anderen Near-Space-Ballonprojekten ihre Tauglichkeit unter Beweis gestellt. Selbst als wir sie in -78°C kaltes Trockeneis gelegt haben, sind sie noch fast eine Stunde weiter gelaufen. Auch der Test in der Vakuumkammer konnte ihnen nichts anhaben. Damit sind sie für unsere Mission, bei denen diese Extrembedingungen gar nicht auftreten, bestens geeignet.

Kameratest in unserer Vakuumkammer

Für das Innere der Box haben wir uns eine Konstruktion aus Styropor ausgedacht, damit die Komponenten nicht verrutschen und auch einen harten Aufprall überleben. Das haben wir natürlich nicht irgendwie getan, sondern mit Hilfe von eines CAD-Programms konstruiert. Als Nebeneffekt kann man hübsche Bilder unseres Werks erstellen ;-)







Die konischen Aussparungen ermöglichen es den Blickwinkel (127°) der Kameras voll auszunutzen. Die Kegel haben wir mit einer selbst gefertigten "professionellen" Styroporkegelschneidmaschine hergestellt.

Um die Box kleben wir zum Schluss noch eine orange Schutzfolie, damit sie leicht gesehen werden kann. Wer also demnächst die Box vom Himmel schweben sieht, kann uns ja mal schnell Bescheid geben...

Elektronik und Softwareentwickung

Die benötigten Bestandteile der Elektronik waren uns schnell klar:

• Mikrocontroller aus der ATMega-Serie zur Steuerung
  Die Wahl fiel hierbei auf den ATmega1280, weil dieser von Haus aus 4 UARTs mitbringt.
• GPS-Empfänger (GPS-622R) zur Ortung des Ballons im Flug und nach der Landung
• Luftdrucksensor zur Unterstützung der Höhenmessung
• Temperatursensor zur Kalibrierung der Höhenmessung über den Luftdruck
• XBee 868 Funkmodul von Digi zur schnellen Datenübertragung bis zu einer Weite von 40km
• Flash-Speicher zur Datenspeicherung ohne Funkverbindung
• GSM-Modem (XM7000S) zum Senden der Landeposition ohne direkte Funkverbindung per SMS
• FT2232D als USB-Anschluss zum Auslesen des Speichers

Der Schaltplan wurde entworfen und nach dem Eintreffen der ersten Teile konnte man das Aussehen schon erahnen:

Platinenlayout mit dem GSM-Modem (links) und dem XBee-Funkmodul (rechts)

Nach einigen Lötstunden war die Hardware dann auch fertig:

Halb bestückte Elektronik

Blieb "nur" die Programmierung.

Hier wurde viel Energie in die Konzeption gesteckt, um am Ende eine saubere Basis zu bekommen, um ähnliche Projekte in Zukunft einfacher zu realisieren.

Um die Datenerfassung und die Verarbeitung, Speicherung und Sendung unabhängig zu programmieren, wurde eine Struktur mit Schnittstellen zwischen den einzelnen Modulen definiert.

Programmentwurf an der Tafel

Nun konnte das eigentliche Schreiben der Software beginnen. Die Einzelteile werden dabei immer wieder getestet, um auch den letzten Fehler zu finden.

Am Computer wird dabei mittels eines JTAG Adapters das Programm auf dem Mikrocontroller Schritt für Schritt ausgeführt, um den Programmfluss zu kontrollieren.

Aber jetzt muss ich weiterarbeiten, die Funk-Routinen schreiben sich nicht von alleine ;-)

Mission Paperspace – Wie alles begann

Wir, die ExperimentalRaumfahrt-InteressenGemeinschaft e.V. der TU Braunschweig, sind eine studentische Vereinigung mit ca. 25 aktiven Mitgliedern, die sich mit experimenteller Raumfahrt beschäftigen. Unsere Kernthemen sind die Konstruktion und Fertigung von Experimentalraketen und der Bau eines CubeSats.

Im März bekamen wir aus Hannover eine Anfrage vom Verband Papier, Pappe und Kunststoff verarbeitende Industrie Norddeutschlands e.V. Es ging darum, auf der IdeenExpo 2011 in Hannover Wetterballons zu starten, die einige hundert Papierflieger fast bis ins Weltall bringen und dort auswerfen.

Nach dem ersten gemeinsamen Treffen entschlossen wir uns, eine einfache Phase A-Studie zu erstellen, um den zeitlichen und materiellen Aufwand für ein derartiges Projekt abzuschätzen. Um es kurz zu machen: Wir haben uns entschlossen, das Projekt durchzuführen!

Jetzt mussten viele Detailfragen geklärt werden, Struktur und Elektronik wurden entwickelt, Teile gekauft, Halbzeuge bearbeitet. Davon sollen die folgenden Beiträge handeln.

Erste, grobe Skizze des geplanten Aufbaus