Hoch hinaus!

Wie hoch lässt sich ein Gegenstand in die Atmosphäre bringen? Welche Informationen lassen sich auf dieser Reise gewinnen? Und vor allem: wie gelingt es, den Gegenstand und alle Daten unversehrt auf der Erde landen zu lassen? Das Medienteam der Klasse 2md berichtet von der Klassenwoche in Rothenthurm.

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In der Studienwoche 2023 haben wir, die Klasse 2md, das Projekt „Hoch hinaus“ gestartet. Unser Ziel bestand darin zu erforschen, wie es gelingt, einen Gegenstand in möglichst grosse Höhen zu befördern. Für die ersten Versuche mit selbst gebauten Papier-Raketen nutzten wir als Antrieb eine simple Bettflasche, die über einen Schlauch mit der Abschussrampe verbunden war. Springt man auf die mit Luft gefüllte Bettflasche, so wurde die Papierrakete vom Luftstrahl in die Höhe geschossen. Dank Videoaufnahmen der Flüge und der App Viana2 konnten wir die Flughöhen der verschiedenen Raketen bestimmen. Es wurden Höhen von 10 bis 20 Meter erreicht.
Mit dem Wissen über das Prinzip des Rückstosses und mit den vorgenommenen Anpassungen an der Konstruktion konnte die Qualität unserer Raketen Schritt für Schritt verbessert werden. Als letzter Meilenstein gelang es uns, mit einer Wasserkraftrakete in etwas grössere Höhen vorzudringen. Wir haben mit den mit Wasser und Druckluft befüllten PET-Flaschen-Raketen Höhen von 30 bis 40 m erreicht.

Das war schon mal nicht schlecht, aber nun wurde das Ziel von Hoch hinaus gelüftet: Wir wollten versuchen, eine Höhe von 35'000 bis 40'000 m zu erreichen, das heisst, in die obere Stratosphäre vorzudringen und somit einen «Stratosphärenflug» durchzuführen. Der Plan war, mit Hilfe eines Wetterballons eine Sonde mit einer Nutzlast von 2000 Gramm in die Stratosphäre zu schicken. Da es rund um dieses Projekt viele Aspekte zu berücksichtigen galt, teilte sich unsere Klasse in Expertenteams auf. Ein Team spezialisierte sich darauf, dafür zu sorgen, dass der Flug direkt aus der Ballonfracht dokumentiert wird. Dazu wurde eine Kamera in unsere Sonde, eine Styropor-Box, eingebaut. Beweise für das Erreichen der Stratosphäre sollten nicht nur die Bilder liefern, sondern auch die gesammelten Messdaten. Eine Gruppe kümmerte sich daher um die Sensor-Technik, lötete die Sensoren zusammen und sorgte sich um die Schnittstelle mit dem Computer und den notwendigen Programmen. Die Sensoren sind in der Lage, Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Luftdruck, CO2-Gehalt & VOC (flüchtige organische Verbindungen) zu messen. Um die Sonde orten und wiederfinden zu können, baute eine weitere Gruppe ein GPS ein, dessen Daten mittels App angezeigt werden können.
Nun blieb immer noch Platz in der Sonde. Die Gruppe einigte sich darauf, einige kleine Experimente mitzuschicken. Vier Reagenzgläser mit Chemikalien wurden integriert, die durch den Wechsel von Temperatur und Luftdruck eine sichtbare Reaktion zeigen sollten. Intensiv wurde darüber diskutiert, ob wir Günther, eine Hausspinne, mit in die Stratosphäre schicken wollen?
Eine andere Gruppe war für die Nutzlast und für den Einbau der Komponenten in die Sonde zuständig. Sie musste sicherstellen, dass die Sonde gut isoliert und somit widerstandsfähig gegen äussere Einflüsse war.
Dass der grosse Moment – ein reibungsloser Start und ein idealer Aufstieg der Sonde – nicht einfach dem Zufall überlassen werden durfte, lag auf der Hand. Die Flugroutenplanung und Wetteranalysen führten zum idealen Standort für den Start – Muri im Kanton Aargau. Der Startort wurde von der Flugrouten-Gruppe so gewählt, dass die Sonde möglichst in Rothenthurm landen sollte. Während ein Teil der Klasse zum Startstandort reiste, schaute sich der Rest der Klasse in Rothenthurm die Liveübertragung der Startvorbereitungen und des Starts an.
Nach einem geglückten Start und etwa 3h 15 min Stunden Flug landete die Sonde in Studen, in der Nähe von Unteriberg. Die Sonde flog also etwas länger und damit etwas weiter als geplant, und wurde dort vom Bergungsteam in einer 2 stündigen Wander- und Suchaktion sicher geborgen.
Die Auswertung des Flugs am nächsten Tag war zuerst eher ernüchternd: Wir stellten fest, dass die Kamera nicht eingeschaltet war. Doch die Daten der Sensoren lieferten Ergebnisse, mit welchen wir uns intensiv auseinandersetzen konnten. Wir waren froh über die Entscheidung, Günther nicht mit in die Stratosphäre auf eine Höhe von 39'005 m geschickt zu haben. Er hätte die dort herrschenden Bedingungen (Druck von 4 mbar, und damit fast kein Sauerstoff, Temperaturen bis -50 °C) sehr wahrscheinlich nicht überlebt.
Wir haben viel dazugelernt, zu den Themen Antrieb, Sensoren, Schnittstellen, Wetter und Atmosphäre – und insbesondere auch im Bereich Projektmanagement. Mit dem ersten Flug ist die Sache für uns noch nicht abgeschlossen. Aktuell steht zur Diskussion, mit dem übrig gebliebenen Lagergeld einen zweiten Versuch zu starten – mit eingeschalteter Kamera.

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