Stratosphärenballonprojekt des Buigengymnasium Herbrechtingen Klasse 11 Oberstufe Naturwissenschaft und Technik mit Beteiligung einiger Funkamateure des DARC – Ortsverband Heidenheim – P04
Das Projekt Stratosphärenballon ist von der diesjährigen NwT Oberstufe, in Kooperation mit der Schüler-Ingenieur-Akademie. Ziel des Projekts ist es, einen Wetterballon bis in die Stratosphäre zu schicken, um dort Daten zu sammeln. Hierbei sollen die Schüler ihr technisches Wissen erweitern und anwenden, sowie einen Einblick in organisatorische Aspekte bekommen. Das Projekt wird von mehreren Firmen unterstützt, in Form von Führungen durch die Produktion oder Beratungen bei der Strategie des Marketings. Es konnten mehrere Experten gewonnen werden, so Herr Oster, DB4MJ, ein pensionierter Elektrotechniker und begeisterter Programmierer aus dem Senior Experten Service. Eine große Hilfe ist auch Herr Strobel, DL1SAP, der Vorsitzender der Funkamateure des DARC, Ortsgruppe Heidenheim ist und über ein großes Wissen zum Thema Funk verfügt. Herr Professor Kneidl, DB4MM, von der Fachhochschule Vorarlberg, auch Mitglied der Heidenheimer Funkamateure, unterstützt die Schüler bei der Programmierung der Microcontroller, und vor Allem im Bereich der Sende- und Empfangstechnik.
Der Stratosphärenballon wird ungefähr eine Höhe von 35 km erreichen und dann zerplatzen. Dies geschieht deshalb, weil der Druck dort niedriger ist als am Boden. Das Helium im Ballon wird sich ausdehnen und ihn zum Platzen bringen. Ein Fallschirm wird den Fall der Gondel, die unter dem Ballon hängt, abbremsen. In der Gondel befindet sich die gesamte Messtechnik und der Mikrocontroller, der alles steuert. Daher ist das sichere Ankommen der Gondel am Boden besonders wichtig. Sie könnte, aufgrund von Luftströmungen, bis zu 200 km vom Startpunkt entfernt landen. Um die gesamte Technik auf jeden Fall wiederfinden zu können, werden zwei GPS-Sender verbaut. Einer der beiden ist von der anderen Elektronik unabhängig und kann über das Mobilfunknetz erreicht werden. Der andere wird konstant auf 2 m im Amateurfunkband seinen Aufenthaltsort verraten und kann auf der Seite www.aprs.fi oder www.aprsdirect.com während des ganzen Flugs verfolgt werden. Unser Funkrufzeichen lautet DN1BUY. Über dieses Funkrufzeichen werden die Schüler auch die Daten über Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit empfangen. Sie werden zwar auch lokal gespeichert, im Falle, dass die Gondel nicht gefunden wird, sind sie aber so nicht verloren. Funkamateure in Baden Württemberg und Bayern sind aufgerufen diese Daten am Tag des Fluges ebenfalls zu empfangen, nur um diese noch einmal zu sichern. Das Signal wird an eine Bodenstation gesendet, sowie an Digipeater, welche das Signal auf der gleichen Frequenz wiederholen. Zwei Verfolgungsteams werden mit Autos den Ballonflug verfolgen. Über die gesendeten APRS- und GPS-Daten wird die genaue Flugbahn erkennbar. Wir hoffen die Technik mit den ganzen Daten rechtzeitig bergen zu können.
Die Funktionsfähigkeit der Funkübertragung wurde von den Schülern Mitte April getestet, indem sie die Technik an eine Drohne befestigten und in die Höhe geschickt haben. Dies funktionierte einwandfrei und macht es wahrscheinlich, dass die Daten während des Fluges übertragen werden.
Die gesamte Sensorik wird durch einen Mikrocontroller des Typs Raspberry Pi gesteuert. Darauf befindet sich eine Platine, “Pi in the Sky”. Dieser wurde speziell für Projekte wie den Stratosphärenballon entwickelt. Die Schüler programmierten diesen, um die Messtechnik anzusteuern, die Daten zu speichern und zu übertragen.
Der Flug wird auch visuell aufgezeichnet und überwacht werden. Dafür sind zwei Systeme in der Gondel verbaut. Einmal sendet der Raspberry Pi Bilder im SSDV-Format über ein 70 cm Band mit 100 Milliwatt Leistung an die Bodenstationen. Das andere optische System ist wiederum autark vom Mikrocontroller, es handelt sich hierbei um eine Go-Pro Kamera. Diese wird den gesamten Flug filmen und speichert die Aufnahme lokal.
Die beiden externen Systeme, der GPS-Tracker und die Kamera, wurden angebracht, da die Schüler, bei ihrer Recherche zum Thema, auf das Problem der Kondensation und dem starken Temperaturabfall stießen. Hierfür wird möglicherweise eine temperaturabhängige Heizung 
eingebaut werden. Die unabhängigen Systeme sind aber für alle Fälle da.
Die durch die Kameras gewonnenen Bildmaterialien und auch frühere Aufnahmen werden später zu einem Video zusammengeschnitten, um den Verlauf des Projekts zu dokumentieren. Hierfür werden auch Drohnenaufnahmen des Starts gemacht werden. Dies ist Teil der Marketingstrategie, welche auch Zeitungsartikel und Flyer für den Start beinhaltet.
Zum jetzigen Zeitpunkt ist die Technik und das Programm größtenteils fertiggestellt. Die Gondel muss nun so verändert werden, dass sie die gesamte Technik beherbergen kann und diese auch vor starken Stößen beim Landen schützt. Zudem müssen die beiden Kameras so platziert werden, dass interessantes Bildmaterial entsteht. Auch isolierende Eigenschaften müssen bedacht werden. Das Gewicht der Gondel ist ebenfalls sehr wichtig, da der Ballonflug bei der Bundesluftfahrtbehörde genehmigt werden muss und das Gewicht sie Steiggeschwindigkeit beeinflusst.
Das Beantragen der Genehmigung übernehmen die Schüler selbst und erleben hautnah, wie viel Bürokratie ein solches Projekt mit sich bringt. Der Start des Ballons wird voraussichtlich am 25. Juli 2017 um 15:30 sein und im Zusammenhang mit dem Schulfest des Buigen-Gymnasiums stattfinden. Dieser Termin könnte je nach Anweisung der Bundesluftfahrtbehörde verschoben werden müssen.