Luftproben in 30 798,7 Meter Höhe

Von: Brucker/cd

Bereits am Vortag des Versuchs fuhren die Studierenden der Verfahrenstechnik, Prof. Dr. Dragos Saracsan und Andrea Seigel in das rund drei Stunden entfernte Ehingen nahe Ulm. Tobias Lechner vom örtlichen Sportflieger-Verein begrüßte die Gruppe. Erfreut aber genauso überrascht wie einige Medien, die sich das Spektakel am Freitagmorgen nicht entgehen lassen wollten, fragte auch er sich zu Beginn, wie Studierende aus Offenburg den kleinen Flugplatz in Ehingen als optimale Wahl ausmachten. Die Antwort: Aufgrund der Ferne zum Schwarzwald sowie den Ländergrenzen ist dieser Standort in Anbetracht der Bergung der Messbox sowie der Fluggenehmigung ideal.

Vorbereitungen in der Früh

Bereits um 3:45 Uhr klingelte für die Studierenden der Wecker, der sie aus einer kurzen Zeltnacht direkt am Ehinger Flugplatz riss. Mithilfe von vier Baustrahlern wurde eine geeignete Stelle auf dem Schlechtenfelder Hang ausgeleuchtet und die Vorbereitungen begonnen. Zentral dabei war die Befüllung des Wetterballons mit Helium. Gut zwei Drittel einer 50-Liter-Flasche, die unter gut 200 bar Druck stand, wurden hierfür benötigt. Über 7000 Liter Helium – unter Normaldruck betrachtet – strömten in den Wetterballon. Die drei Kilogramm schwere Messbox wurde anschließend mit einer Konstruktion aus Fallschirm und zwei Stabilisatoren etwa zehn Meter unter dem Ballon installiert und alle Gerätschaften eingeschalten. Aufgrund der Wetterverhältnisse und der Länge des Fluges war ein Start zum Sonnenaufgang angepeilt, was um 6:57 Uhr kurze Zeit später auch gelang.

84,2 Kilometer in westlicher Richtung

Mithilfe eines GPS-Senders und einer Radiosonde konnte der Wetterballon von drei Studierenden, die zugleich die Verfolgung aufnahmen, den gesamten Flug über auf dem Computer im Auge behalten werden und Daten wie Steiggeschwindigkeit, Höhe oder Temperatur live verfolgt werden. Nach anfänglichen Schwierigkeiten stieg die Konstruktion mit der Zeit wie prognostiziert. Auf 560 Metern gestartet, vergingen rund eineinhalb Stunden, bis die 1000-Meter-Grenze überschritten war. Weitere gut eineinhalb Stunden später waren schon 10 000 Meter erreicht. Für die folgenden 10 000-Meter-Abschnitte sollte der Wetterballon mit Messbox jeweils nur eine Stunde benötigten, was einer Steiggeschwindigkeit von knapp drei Metern pro Sekunde entsprach. 84,2 Kilometer legte die Konstruktion letztendlich zurück. Aufgrund der vor allem in der oberen Region der Troposphäre sowie zu Beginn der Stratosphäre wechselnden Winde in vertikaler Richtung wand sich der Wetterballon in der zweiten Hälfte des Flugs in einem großen Bogen in die Höhe. Vertikal-Geschwindigkeiten von bis zu 56,6 Kilometern pro Stunde wurden gegen Ende des Steigflugs erreicht. Auf 30 798,7 Metern platzte der Wetterballon. Letztlich betrug durch die Turbulenzen und wechselnden Windrichtungen die Luftlinie zwischen Start und Landung nur rund 40 Kilometer.

Minus 42,25 Grad Celsius auf 13 493 Metern Höhe

Wie zu erwarten sank die Außentemperatur in der Troposphäre – zu unseren Breitengraden etwa bis in elf bis 15 Kilometern Höhe – deutlich ab. Von 11,88 Grad Celsius früh morgens am Boden nahm diese auf knapp 13 500 Metern auf -42,25 Grad Celsius sukzessive ab. Nach dem Durchgang durch die relativ dünne Schicht der Tropopause stieg die Temperatur in der unteren Schicht der Stratosphäre erst einmal wieder an. Aufgrund des von bekannten 1,013 Millibar – je nach Wetterlage usw. – abnehmenden Drucks, dehnte sich das Helium im Wetterballon immer weiter aus. Anfängliche drei Meter Durchmesser sollten sich auf circa 13 Meter weiten, bevor die Latexhülle platzen sollte. Nur noch 12,31 Millibar herrschten auf der finalen Höhe von 30 798,7 Metern, wo das Thermometer sogar wieder bis auf -1,25 Grad Celsius anstieg. Die Temperatur innerhalb der Box unterschritt auf dem gesamten Flug nie den Gefrierpunkt. Während des Steigflugs lag die minimale Temperatur knapp unter zehn Grad Celsius. Erst im Sinkflug mit deutlich höheren vertikalen Geschwindigkeiten wurden Temperaturen von bis zu 1,88 Grad Celsius erreicht. Die Verkleidung aus einer mehreren Zentimeter starken Styrodur-Schicht sowie die Abwärme der Messgeräte sorgte für eine gute Isolierung gegen die Atmosphären-Bedingungen.

Luftproben durch starken Aufprall verunreinigt

Mit das Hauptaugenmerk sollte bei den Analysen auf der Untersuchung von Luftproben aus zehn, 14, 18 und 22 Kilometern Höhe liegen. Diese wurden durch ein über den Druck angesteuertes Magnetventil in einem zuvor evakuierten Probebeutel gesogen. Durch Komplikationen mit dem Fallschirm war der Aufprall der Messbox jedoch so stark, dass die Ventile und Beutel beschädigt wurden und es zu Undichtigkeiten kam. Daher konnten am Ende keine zuverlässigen Aussagen über die CO2- sowie NOx-Konzentration in der oberen Troposphäre beziehungsweise in der Stratosphäre getroffen werden.

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