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Freitag, 23. Februar 2018

Projekt des Seminarfachs MINT 2017/18

Interview des Radiosenders OEins vom 16.01.2018

Aufstieg eines Wetterballons in die Stratosphäre - Kurzbeschreibung

Bei dem Projekt Wetterballon geht es grundlegend darum, einen großen Ballon mit Helium zu füllen, der etwa 30 Kilometer in die Höhe steigen wird. Dort wird er dann platzen. Eine an dem Wetterballon befestigte Box wird an einem Fallschirm sachte zu Boden gleiten. In der Box werden sich verschiedene Messgeräte für Druck, Temperatur usw. befinden. Außerdem werden wir den Ballon mit einer Action-Kamera ausstatten, die den Flug aufzeichnen wird. Des Weiteren werden sich zwei GPS-Geräte in der Box finden, so dass wir den Ballon jederzeit orten können. Schließlich befestigen wir noch ein Experiment zum Druck an der Sonde. Die gewonnen Daten der Messgeräte und des Experiments werden wir nach dem Flug auswerten und zusammen mit den Video-Aufnahmen präsentieren.
Wir haben die Zustimmung der Stadt Oldenburg erhalten, am Anfang des Jahres das Experiment auf den Dobbenwiesen zu starten. Dies soll Samstag, den 20.01.2018 um 10 Uhr geschehen. Als Ausweichtermin steht im Notfall Samstag, der 27.01.2018 um 10 Uhr zur Verfügung.

Seminarfachgruppe mit der fertigen Sonde



Vorstellung der einzelnen Arbeitsgruppen
Das Management der Projektarbeit wurde in vielen Teilen von Schülern übernommen. So organisierten sie in Absprache mit unserem begleitenden Lehrer zum Beispiel die Sponsoren-Akquise oder auch die Zuteilung der anfallenden Aufgaben. Im Folgenden finden sich detailliertere Informationen zu den einzelnen Arbeitsgruppen des Projektes.

Management
Sponsorenakquise
Sponsoren
Versicherung und Fluggenehmigung
Bau der Sonde
GPS-Ortung
Datenlogger
Kameratechnologie
Entwicklung eines Experiments




Management (Julian Zeller):
Zunächst haben die Schüler sich in verschiedene Kleingruppen basierend auf ihre Interessen eingetragen. So gibt es zum Beispiel eine Kleingruppe, die für die Konstruktion der Sonde zuständig ist, eine Gruppe die sich mit der Entwicklung und Durchführung eines Experiments während des Flugs auseinandersetzt und auch eine Gruppe, die für das Management verantwortlich ist. Das Management-Team des Projekts hat die Hauptaufgabe die einzelnen Kleingruppen zu organisieren und die Kommunikation zwischen den Gruppen zu erleichtern, sowie bei Problemen auszuhelfen. Für eine einfachere Organisation und Kommunikation haben wir die Software von „Trello“ genutzt. Diese ermöglicht uns alle Aufgaben, die noch zu erledigen sind, transparent für alle Teilnehmer  darzustellen und wichtige Ergebnisse mit anderen Gruppen zu teilen. Alle Mitglieder haben damit die Übersicht über alle Fortschritte und für das Management ist es einfacher diese zu überprüfen. Wir möchten uns dabei an dem Prinzip des „Lean Office“ orientieren und unsere Arbeitsprozesse, Kommunikation und Organisation so effizient und einfach wie möglich halten. „Trello“ nutzt dafür  das „Pull-Prinzip“, bei dem die Kleingruppen sich immer nur um eine geringe Anzahl von Aufgaben gleichzeitig kümmern und erst neue Aufgaben annehmen, wenn ältere bereits abgeschlossen  wurden. Dieses Prinzip die Aufgaben zu „ziehen“, verhindert eine Überforderung der Teilnehmer und einen Stau von Informationen und Aufgaben.
Weitere Informationen zu Trello, dem Prinzip vom Lean Ofiice und dem Pull-Prinzip können Sie auf folgenden Seiten finden:
http://wirtschaftslexikon.gbler.de 

https://trello.com/about

Sponsorenakquise (Antonia Rebehn, Emily Maas, Malin von Hagen, Johanna Bocklage)
Wir als Sponsorengruppe haben die Aufgabe für die Finanzierung des Projektes zu sorgen und die Sponsoren zu akquirieren.
Um das Projekt in die Tat umzusetzen, haben wir uns ein Konzept mit unseren Aufgaben erstellt.
Zentraler Punkt dabei war die Entwicklung eines ansprechenden Flyers, der zur Gewinnung der potenziellen Sponsoren dienen sollte. Diese stellen den wichtigsten Stützpunkt des gesamten Projekts dar. Unser Slogan lautet: „Wir wollen in den Himmel! – kommen Sie mit? “ Dazu wurde auch ein Logo gestaltet. Mit dem Logo und dem Slogan sollen die Betrachter unser Projekt Wetterballon assoziieren.
Weitere Aufgaben unserer Gruppe bestanden darin, eine Finanzübersicht mit einem Tabellenkalkulationsprogramm zu erstellen, die einen Überblick über Einnahmen (Sponsorengelder) und Ausgaben  (unter anderem für Materialien) verschaffen sollte.
Eine der schwierigeren Aufgaben war es, Sponsoren zu kontaktieren und eine finale Zusage von Spendengeldern zu erhalten.


Das Logo

 

Sponsoren

Die OLB ist der Hauptsponsor des Projektes. Ohne die Unterstützung durch Sponsoren wäre das Projekt nicht möglich gewesen!

Björn Thümler, Minister

Versicherung und Fluggenehmigung (Tilman Decker, Rune Dieckmann)
Wie für alles in Deutschland gibt es auch für einen Wetterballon gesetzliche Vorschriften. Somit benötigen wir für den Flug des sog. „unbemannten Freiballons“ eine Genehmigung. Diese muss in unserem Fall sowohl beim Luftfahrtbundesamt Niedersachsen, als auch bei der Deutschen Flugsicherung eingeholt werden.
Nach der Themenvergabe mussten wir uns erst einmal ausführlich mit dem Thema auseinandersetzen. Nach der Einarbeitung in das Thema haben wir unsere zu erledigende Arbeit in 4 verschiedene Teilaufgaben gegliedert:
•    Recherche der entsprechenden Gesetzestexte und Verordnungen
•    Vorbereitung für die rechtliche Absicherung und Anfrage von Formularen
•    Kontrolle der Absicherung und der Formulare
•    Auswahl eines Startplatzes  (mit der GPS-Gruppe)
Die wichtigste Aufgabe bestand darin, verschiedene Angebote von verschiedenen Versicherungen einzuholen, diese zu vergleichen und uns letztendlich für das beste Angebot zu entscheiden.

Bau und Konstruktion der Sonde (Jan-Marco Panitz, Robin Schoon)
In unserer Gruppe haben wir uns bisher mit der Planung für den Bau der Sonde beschäftigt. Hierfür haben wir unter anderem eine Skizze angefertigt, sowie Berechnungen angestellt, die für den reibungslosen Start des Wetterballons benötigt werden. Weiterhin werden wir uns hauptsächlich mit dem Bau beschäftigen.
Angefangen haben wir mit dem Sammeln von Ideen bezüglich dem Plan für den Bau der Sonde. Weiterführend haben wir diese Erkenntnisse mithilfe von „Trello“ geordnet und strukturiert. Der erste richtige Schritt bei der Konstruktion war das Anfertigen der Skizze, auf der alle Bestandteile des Wetterballons eingezeichnet wurden, um eine Grundlage für die weiteren Schritte zu schaffen. Weiterhin ging es darum wichtige Informationen zu Bestandteilen, wie z.B. der Kamera oder des Experiments, von anderen Gruppen zu erhalten. Auf Basis dieser konnten unter anderem Berechnungen bezüglich der benötigten Heliummenge angestellt werden. Auch andere theoretische Hintergründe haben wir uns angeeignet, dazu gehörten die Auftriebsgeschwindigkeit, die Platzhöhe des Ballons, die Flughöhe und die voraussichtliche Flugzeit.
Im weiteren Verlauf wird es um den Bau der Sonde und den damit verbundenen Einbau der Einzelteile gehen. Des Weiteren muss ein Test zur Schwimmfähigkeit und ein „Drop-Test“ durchgeführt werden. Hiernach wird auch bald schon der Start des Wetterballons erfolgen.


Bilder vom Bau der Sonde

 


Die fertige Sonde

 

GPS-Ortung (Thore Heier)
Der Wetterballon legt während des Fluges eine große Strecke zurück. Um die Daten der Experimente auswerten zu können, muss allerdings eine sichere Bergung der Sonde erfolgen, weshalb hier die Gruppe GPS-Ortung ins Spiel kommt.
Durch die Installation von zwei GPS-Trackern an Bord der Sonde kann mithilfe des Global Positioning Systems (kurz GPS) die Position der Sonde exakt bestimmt werden. Wie hieraus bereits ersichtlich wird ist der Schwerpunkt der Aufgaben der Gruppe GPS-Ortung auf den Flug des Wetterballons fokussiert. Die meisten Aufgaben, wie beispielsweise die Bergung der Sonde, finden während oder kurz nach dem Flug der Sonde statt, doch die Gruppe war auch schon vorher an dem Projekt beteiligt, unter anderem bei der Auswahl des Startortes. Um den Flug des Wetterballons im Vorfeld schon abschätzen zu können, wird zudem eine Zielfeldanalyse durchgeführt, welche den Landepunkt des Wetterballons grob berechnet. Schließlich stellen wir die Flugkurve des Wetterballons noch optisch dar, um auch sie an dem Flug teilhaben zu lassen.

Datenlogger (Lüder Welz, Bennett Habben)
Als die Aufgabe zur Programmierung des Datenloggers in der Diskussion aufkam, war es klar, dass  diese Aufgabe von mir und meinem Kollegen übernommen wird, da wir die einzigen waren, die sich damit gut genug auskennen.
Damit die anderen Arbeitsgruppen ihre Arbeit auch beginnen konnten, mussten wir zunächst die erforderliche Größe für die Mikro-SD Karte berechnen.
Dafür sahen wir die Datenblätter des Loggers durch und fanden eine Speicherrate in der der Datenlogger seine Daten speicherte. Daraus konnte man mit der geschätzten Flugzeit des Wetterballons die notwendige Speichergröße von mehreren Megabyte errechnen, weshalb unsere 4GB SD-Karte also vollkommen ausreicht.
Natürlich musste danach festgestellt werden, ob der Datenlogger überhaupt funktionsfähig war. Dafür schlossen wir ihn an und testeten, ob dieser überhaupt Daten aufnahm.
Da er dies einwandfrei tat, musste natürlich auch die Richtigkeit der Messwerte überprüft werden, aber da die Daten in einer relativ einfachen Programmiersprache gespeichert wurden, war auch dies sehr schnell verständlich.
Der Datenlogger war somit also für den Flug des Wetterballons gewappnet und vollkommen einsatzbereit.
Ein großer Teil unserer Arbeit beginnt allerdings erst nach dem Flug des Ballons, da zu unserem Aufgabenbereich auch die Auswertung des Loggers gehört.
Im Moment können wir daher nur Ausblicke auf diese Arbeit geben.
Die Firma des Datenloggers stellt freundlicherweise eine eigene Auswertungssoftware zur Verfügung, was in dem Fall unsere Arbeit deutlich vereinfacht, jedoch gibt diese nur Graphen aus. Die Auswertung der Graphen werden wir dann voraussichtlich selber übernehmen.

Kameratechnologie
Die Aufzeichnung auf Video zur Dokumentation des Fluges unseres Wetterballons ist wahrscheinlich eines der spannendsten Aspekte unseres Experimentes. Je nach Flughöhe und Wetter könnten hier spektakuläre Bilder entstehen. Die Auswahl der zu verwendenden Kamera und der restlichen Technologie ist nicht leicht. Man muss verschiedene Aspekte berücksichtigen. Als optimal geeignet ist hier eine „Actioncam“ der Marke GoPro, welche isoliert im Wetterballon problemlos funktionieren wird. Indem man nur die Blende der Kamera entblößt und den Rest abschirmt, wird zudem die Witterungsbeständigkeit der Kamera erhöht. Eine externe Batterie sorgt für eine 5- stündige Aufzeichnungsdauer und die große SD-Karte speichert alles Videomaterial. Nach dem Flug kann dieses dann bearbeitet und veröffentlicht werden.

Entwicklung eines Experimentes
Die Projektgruppe "Entwicklung eines Experimentes" befasst sich mit dem Entwickeln und Durchführen eines Experimentes, welches angebracht an den Wetterballon mitfliegen und ein zuvor ausgewähltes Themenfeld untersuchen soll. In Frage kommende Themenbereiche waren hierbei zum Beispiel Druck und Temperatur.
Das Entwickelte Experiment kombiniert eine Untersuchung der beiden Themen und wendet die Druck und Temperaturdifferenzen bei Normal Null und der Höhe in 35 km Höhe verknüpfend an.
Kurz beschrieben handelt es sich bei dem Experiment um einen einseitig geöffneten Kunststoffschlauch, welcher soweit mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, dass nur noch eine sehr geringe Menge an Luft an der verschlossenen Seite bleibt. Aufgrund der physikalischen Gesetze dehnt sich die Luft bei zunehmender Höhe bzw. abnehmenden Druck nun aus, und drückt etwas von der Flüssigkeit aus den Schlauch heraus. Misst man nun das Volumen der Flüssigkeit bei Start und Landung und bildet dann die Differenz, so erhält man den Anteil, um welchen sich die Luft ausgedehnt hat. Mit Hilfe dieses Wertes lässt sich dann auf den Maximaldruck schließen.
Da allerding bei dieser Art und Weise der Durchführung schnell Messfehler durch z.B. ungewollten Verlust von Flüssigkeit beim Aufprall entstehen können, wird die das Experiment während des Fluges gefilmt und eine zuvor eingezeichnete Skalierung ermöglicht ein genaueres Messergebnis und auch weiteren Messdaten.


Grundaufbau des Experiments


Experiment mit Sonde

 

Der Flyer zum Download