Strato-Pi v1

Projekt StratoPi – Videoaufnahmen in der Stratosphäre

Die Idee:
Der Plan war es eine Stryroporkiste, ausgestattet mit einem Einplatinencomputer (Raspberry Pi), Kameras und GPS-Empänger in die Lüfte zu schicken. Ein Wetterballon sollte die knapp 800g schwere Kiste auf ca. 30-35 km Höhe transportieren. Dort würde der Ballon platzen und die Sonde sollte mithilfe eines Fallschirms *hoffentlich* unversehrt wieder landen. 
Wir wollten das Projekt so günstig wie möglich halten, da es aus eigener Tasche finanziert wurde. Somit sollten möglichst schon vorhandene Komponenten verwendet werden. 

Die Fakten:
Gewicht der Sonde: ca 845g (45g mehr als geplant) 
Kameras: Raspberry Cam und Iphone 4 (Video auf 480p runtergesetzt, wegen Größenbegrenzung des Dateisystems) 
Ortungssystem/Zentrale Komponente: Raspberry Pi 2 gekoppelt mit Bluetooth GPS-Empfänger und UMTS-Stick 
Ballon: 800 g schwer, 800 g Traglast 
Fallschirm: Durchmesser 107 cm, Traglast 800 g
Helium: Füllmenge ca. 2100L (130 bar) 

Der Start:
Als erstes wurde der Ballon auf einer Unterlage ausgepackt und mit Helium befüllt. Währenddessen wurde der Fallschirm mit einer 5m langen Schnur am Ballon angebracht und eine weitere 6m lange Schnur für die Sonde am Fallschirm befestigt. Kurz vor Erreichen der Füllmenge wurde die Sonde gestartet und vorbereitet. Leider gab es einen schwerwiegenden Fehler. Auf Grund einer nicht allzu stabilen Stromversorgung des Raspberry Pi (dieser ist in dem Punkt sehr empfindlich) kam es auf der Speicherkarte mit dem System zu einem Fehler. Dieser verhinderte das Hochfahren des Systems. Glücklicherweise hatten wir ein komplettes Abbild des Systems auf dem Notebook und mussten es nur wieder auf die Speicherkarte spielen. Nachdem dort wieder alles lief, wurden die Programme gestartet, Test-SMS geschickt und die Kiste dicht mit Panzertape verschlossen. Anschließend noch die Sonde an den Ballon und alles war Startklar … Der Start verlief ansonsten Reibungslos und nach ca. 5 Minuten verschwand der Ballon hinter den Wolken. Die letzte SMS kam aus einer Höhe von 1,7 km.
Der Flug:
Nach dem Start ging es zu einer Fastfood-Kette Mittag essen und aufwärmen. Die vermutliche Flugroute wurde noch einmal begutachtet und der Ort zum Warten auf die Landung gewählt. Egal ob der Ballon 25000 oder 32000 Meter hoch kommt, er sollte im Umkreis von 20 km von unserem geplanten Wartepunkt landen. Auf dem Weg dorthin meldete sich auf einmal mein Handy. Die letzte SMS an die Sonde wurde nun übertragen und prompt kam die Antwort mit Koordinaten. Die Sonde sei auf einer Höhe von nur 80 m … war also schon gelandete. Die Landung erfolgte ca. 50 Min. zu früh. Die Koordinaten ergaben einen Landeplatz, der doch weiter weg als geplant war. .. 

Die Bergung:
Leider darf ich aus rechtlichen Gründen den genauen Landeplatz nicht benennen. Ich sage nur so viel, dass es sich laut google-maps um ein Vogelschutzgebiet handelt. Tatsächlich wird das Gebiet aber sehr gut militärisch überwacht und ist für Zivilisten eigentlich unzugänglich� Dank dem freundlichen Sicherheitsdienst, wurde es einem von uns ermöglicht die Sonde zu bergen. Diese lag unversehrt am Rande eines Hauptweges, in einem abgesperrten Bereich des eh schon abgesperrten Bereichs 😉 Wenn man bedenkt, dass die Fläche Deutschlands sich grob in 55,5 % Landwirtschaftliche Fläche, 30,2 % Waldfläche, 6,9 % Gebäude und Freifläche, 2,4 % Wasser und 5 % Straßen, Wege und Plätze aufteilen lässt, haben wir einen sehr unwahrscheinlichen Landeplatz erwischt. Auf einem Weg in einer militärisch genutzten Fläche (über die prozentuale Nutzung durch militärische Flächen habe ich leider nichts gefunden). Fotos und Videos waren dort natürlich nicht erlaubt. Also gibt es von der Bergung leider nur das Fotos der gefundenen Sonde.

 
Die Auswertung:
Das Iphone konnte als Backup-Ortungsgerät nicht genutzt werden, da nach 2,3 h der Akku leer war (trotz ausgeschaltetem Bildschirm). Es hat aber den ganzen Flug über aufgezeichnet. Die Raspberry Cam hat mich enttäuscht. In den Videos kam es zu Framedrops (bei 30 Bildern pro Sekunde fehlten teilweise 2-5) und für 1080p Aufnahmen war die Qualität auch nur mittelmäßig. Die Koordinaten und Höhendaten wurden durchgängig aufgezeichnet, sodass wir eine klare Flugkurve erkennen und darstellen können. Der Fallschirm hat seine Arbeit sehr gut gemacht und die Sonde wieder heil zur Erde gebracht. 

Daten und Fazit:
Flugzeit: 1,5 h 
Maximal erreichte Höhe: ca. 18000 m, geplant waren 30000
zurückgelegte Entfernung: 97,2 km westliche Richtung 
Höchstgeschwindigkeit: 138,2 km/h 
Durchschnittliche Steigung: 28% (-37%)

 
 
Das Pilotprojekt war nach unserer Sicht ein voller Erfolg. Auch wenn wir die gewünschte Höhe nicht erreicht habe, so wissen wir, dass unser System funktioniert und worauf wir bei nächsten Mal besser achten müssen. Die nicht erreichte Höhe liegt zum einen an der zu schweren Sonde (Ballontragkraft 800g, Sonde 845 g) und zum anderen sicherlich auch am Ballon selbst, da dieser ein relativ günstiges Modell von ebay war. Durch das Mehrgewicht musste auch mehr Helium in den Ballon, welches diesen natürlich auch früher zur maximalen Ausdehnung und schlussendlich zum Platzen bringt. Für welche Höhe der Ballon wirklich ausgelegt war, ist uns auch nicht bekannt. Für den nächsten Flug kommt nur noch ein „Marken-Ballon“ in Frage. Die Sonde muss vom Schwerpunkt besser ausgeglichen werden (Iphone filmte weiter nach unten, RaspiCam nach weiter nach oben), die Kamerasoftware muss noch optimiert werden und die Sonde muss noch stabiler in der Luft liegen. 

Ausblick:
Geplant ist der Start einer weiteren Sonde mit größerem Ballon. Der dann zum Einsatz kommende Ballon schafft eine Traglast von 2,5 kg und hat eine mittlere Platzhöhe von 35 km. Die Sonde wird unter 1,5 kg wiegen und die Technik sich in einer Styroporkugel befinden. Ausserdem kommen dann Temperatursensor, Drucksensor und Strahlungsmesser dazu. In Planung ist auch eine Funkübertragung, um ein Livetracking und eine Live-Übertragung der Daten bis zu 40 km zu gewährleisten. Der erste Schritt zum Erreichen unseres neuen Ziels und zum Entwickeln der neuen Sonde wird das Suchen von Sponsoren sein. Da wir mehr als 4 Kameras planen, besteht die Möglichkeit einer Werbeplatzierung im Video auf einer Höhe von mehr als 30 km !

 
 

    • Quelle: MAZ Ausgabe 15.10.2015

 

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