Seminare
Während der Oberstufe belegen die Schüler ein sogenanntes P-Seminar. Hierbei entschieden sich einige Schüler für das Seminar „Stratosphärenphysik“ von Frau Prüfer. Dieses widmet sich der Planung und dem Start eines Wetterballons, doch was genau machten wir das letzte Jahr über?
Viele verbinden mit dem Projekt „Wetterballon“ nur den spektakulären Start am 26. Juni 2023. Jedoch steckt hinter diesem einen Tag viel Arbeit. Allein mit der Vorbereitung hat sich unser Seminar mehrere Monate beschäftigt.
Organisation
Dazu gehörte zum einen die Suche von Sponsoren. Diese stellte das erste Hindernis für uns dar, da der Kauf der ganzen Materialien ohne entsprechende finanzielle Unterstützung nicht möglich gewesen wäre. Dank zwei überaus engagierten Schülerinnen gelang dies schließlich. Ein besonderer Dank geht an den Zweckverband der Gemeinden Aschheim, Feldkirchen und Kirchheim sowie an Siemens, May Landschaftsbau GmbH & Co. KG, Philipp Wallner, den Pfarreiverband Kirchheim-Heimstetten und Schuster GmbH, durch die das Projekt ermöglicht wurde. Zum einen musste der Ballon selbst, mit der Styroporbox und dem Gas zum Befüllen beschafft werden, aber auch noch eine SDKarte für die Aufnahmen, die Sensoren, Akkus, einen Mikrocontroller und vieles weitere. Auch standen die Schülerinnen mit potenziellen Gästen in Kontakt, darunter die Bürgermeister, mögliche Redner für einen kurzen Vortrag und Journalisten. Des Weiteren organisierten sie eine Fahrgelegenheit für die Ballonsuche und schrieben einen Artikel für den Jahresbericht.
Auch für einen entsprechenden rechtlichen Rahmen war zu sorgen. So war die Beantragung einer Aufstiegsgenehmigung ebenfalls ein essenzieller Schritt. Bei dem Wetterballon handelt es sich um einen „unbemannten Freiballon“, für welchen eine Genehmigung beim Luftamt Bayern beantragt werden musste. Zusätzlich wurde eine Versicherung für den Starttag abgeschlossen , die theoretisch im Fall von entstandenen Schäden durch unseren Ballon gehaftet hätte. In unserer Vorbereitung beschäftigten wir uns zudem mit dem Flugroutenberechnungstool von Stratoflights, um grob vorherzusagen, wo der Wetterballon vermutlich landen würde. Hier geht's zur Flugroutenberechnung.
Um die Menge an Aufgaben bewältigen zu können, entstanden kurzerhand viele verschiedene Gruppen, die jeweils ein bestimmtes Aufgabengebiet hatten. So gab es die Gruppen „Hardware“ und „Software“, die sich um die Sensoren und den Mikrocontroller kümmerten, der die Messwerte aufzeichnen soll. Dann gab es noch die „Design“ - Gruppe, die sich mit der Platzierung der Technik in der Styroporbox, dem Fallschirm sowie Größe und Gewicht des Ganzen befassten. So wurden zum Beispiel Fallschirm - Tests durchgeführt oder man überlegte sich in der Gruppe, wie man die Sensoren am besten einbaut, denn der Platz war begrenzt (3,3dm3 ). Zudem erlaubte der Ballon nur ein maximales Gewicht von 1,6kg. Die nächsten Schülergruppen befassten sich mit der Flugbahn und der benötigten Gasmenge, machten Fotos und Videoaufnahmen, oder kümmerten sich um die Gäste am Starttag und moderierten die Veranstaltung. Nicht zu vergessen ist die Organisationsgruppe, die die Koordination zwischen den einzelnen Teams regelte und darauf achtete, dass alle Gruppen rechtzeitig fertig werden und einem erfolgreichem Start nichts im Weg steht.
Tag des Starts
Am 26. Juni 2023 ließ das P-Seminar „Stratosphärenphysik“ des Gymnasiums Kirchheim schließlich den Wetterballon starten, der eine maximale Höhe von etwa 37 km erreichte. Der Flug dauerte knapp drei Stunden, bis der Ballon schließlich in Feldkirchen-Westerham zu Boden glitt. Während des Flugs wurden über zahlreiche Sensoren innerhalb der Sonde verschiedene Daten wie UV-Index, Luftfeuchtigkeit, externe und interne Temperatur sowie CO2-Werte gemessen.
Auswertung der Ergebnisse
Nachdem der Start gelungen ist, machten sich einige Schüler mit Frau Prüfer auf und sammelten den Ballon wieder ein. Doch auch dann war das Projekt noch lange nicht abgeschlossen. Jetzt ging es an die Auswertung der gesammelten Daten. Dafür setzten sich einige Schüler zusammen und erstellten verschiedene Diagramme, die die Werte veranschaulichen.
Die Werte der Externen und Internen Temperaturen sind in orange und blau, während die Vergleichswerte von 2021 in gelb und grün eingezeichnet sind. Im Jahre 2021 wurden eine Zeit lang Daten am Boden aufgezeichnet, weshalb der gelbe Graph ungefähr eine Stunde konstant bleibt. In beiden Jahren sinkt die externe Temperatur zuerst rapide mit zunehmender Höhe bis erwartungsgemäß zu einer Höhe von 10km. Danach erhöht sich die Temperatur wie erwartet wieder. Die diesjährigen Messungen sind bei ca. 20km Höhe ausgefallen. Es ist trotzdem interessant zu sehen, dass bei zunehmender Höhe die Temperatur erst sinkt, und dann wieder steigt. Die internen Temperaturen sind durch Isolierung und Elektronik in beiden Jahren nach dem Start nur leicht gesunken. Am grünen Graphen ist zu erkennen, wie die Elektronik die Box bis zum Start erwärmt, bevor sie nach zunehmender Höhe abgekühlt werden.
Hier nochmals weitere Messergebnisse – Diesmal allerdings die CO2-Werte:
In diesen Diagrammen sieht man die Flughöhe und Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Zeit. Allerdings mussten einige Werte extrapoliert (mittels der bekannten Werten wurde Rückschluss auf die nicht vorhandenen gezogen) werden, da das GPS-Gerät anfangs nicht funktionierte.
Ein abschließender Dank geht an Herrn Naumann, der als externer Berater wertvolle Kontakte herstellen, und Herrn Dr. Gruenewald, der durch seine anschauliche Rede auch den jüngeren Schülern Zugang zum Thema gewähren konnte, sowie die Technikgruppe des Gymnasiums Kirchheim. Ohne sie wäre das Projekt so nicht möglich gewesen.
Video
Um einen besseren Eindruck von den Vorbereitungen und dem spannenden Starttag zu erhalten, haben zwei Schüler ein Video erstellt.
Fotos von: András Centgraf, Kaan Akyil
Hauptautoren dieses Artikels: Rüdiger Kleinschmidt, Jonathan Gärtner, Christian Grüner