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Wir liessen den Wetterballon in Gurmels (Fribourg) um 12.08 Uhr steigen. Während dem Flug empfingen wir laufend neue Positions- und Sensorwerte wie auch Live-Fotos. Mit unserem Verfolgungsfahrzeug fuhren wir der Sonde hinterher, um eine konstante Funkverbindung sicherzustellen. Nachdem der Ballon auf einer Höhe von über 31'600 Metern platzte, gleitete die Kapsel mit einem Fallschirm wieder in Richtung Erde. Fast drei Stunden nach dem Ballonstart - um 15.03 Uhr - landete die Kapsel in Bulle, 32km Luftlinie vom Startplatz entfernt. Unsere Trackingsysteme funktionierten einwandfrei und so fanden wir die Sonde schnell wieder. Die viele Vorbereitung hat sich ausgezahlt, und wir sind dankbar, dass alles so glatt über die Bühne ging.

Am Missionstag wurden wir von TeleBielingue begleitet. Das Video zeigt erste Bilder unserer 360°-Kamera, und verschafft einen guten Eindruck vom Missionstag:

Nach vielen Wochen und Monaten der Arbeit, können wir nun zufrieden sagen, dass alle Komponenten für den grossen Flug startklar sind: Die Funkübertragung aller Sensorwerte funktioniert nun vollständig. Der Server, auf den die Sensorwerte gesendet werden, ist erfolgreich konfiguriert und auch die Missions-Seite unserer Webseite funktioniert zuverlässig und zeigt die übertragenen Sensorwerte an. Auch das Herz der Mission, eine 360°-Kamera, ist auf die besonderen Umstände in eisiger Kälte vorbereitet.

Schon seit einiger Zeit sind Teilkomponenten unseres Systems fertiggestellt. Durch die Corona-Situation konnten wir alle Teile erst Mitte April zusammenführen. Dabei traten noch einige Probleme auf, die in den darauffolgenden drei Wochen behoben werden mussten. So stellten wir zum Beispiel fest, dass unser Arduino-Uno-Board, das in der Sondenkapsel eingebaut ist, nicht tat was es sollte. Aufgabe des Arduino ist es alle Sensordaten, von GPS bis zu Temperatur und Luftverschmutzung, zu verarbeiten und an unsere fahrende Bodenstation auf der Erde zu schicken. Aufgrund der grossen Menge an Sensoren, ging dem kleinen Arduino-Uno der Programm-Speicherplatz aus. Nach einigen Überlegungen entschieden wir uns schliesslich das etwas leistungsstärkere Arduino-Mega zu bestellen und für die Mission entsprechend einzurichten. Ausserdem versagte beim Zusammenbau aller Komponenten hie und da unverhoffter Weise ein Sensor und es galt herauszufinden, wo das Problem zu finden ist. So ging plötzlich der eigentlich gut getestete GSM-GPS-Tracker plötzlich nicht mehr. Offenbar kollidierte seine Sendefrequenzen, mit den vielen Wellen der anderen Elektronik. Wir beschlossen daher diesen wichtigen Backup-Tracker einen guten Meter über der Kapsel an das Verbindungs-Seil zum Ballon zu hängen. Auch kollidierte ein Temperatur-Messgerät mit einem anderen Sensor und wir mussten einen der beiden schweren Herzens ausbauen. Um all solche Probleme zu lösen, haben Oli und Yannik viele kleine Kabel ein- und umgesteckt, Verbindungen verlötet und kleine Skripte erstellt, die den ganzen Datenstrom steuern sollen.

Wichtig im Testing war es auch, unsere 360°-Kamera für die Temperaturen in der Stratosphäre zu präparieren. Einerseits stellten wir fest, dass die Kamera nach etwa 5 Stunden Nutzdauer sich wegen Überhitzung ausschaltet. Gleichzeitig wird es in der Startosphäre bis zu -50°C kalt. Schwer einzuschätzen, wie stark die Eigenhitze der Kamera die Kälte kompensiert. Sicherheitshalber nähte Fredi eine enganliegende Neoprenhülle. Die Befürchtung, dass der Neopren-Mantel die Kamera zu schnellerer Überhitzung führte, stellte sich nach einem mehrstündigem Test in der Sonne, als nichtig heraus. Ein weiterer Testpunkt war die Stromversorgung, die auf die Akkukapazität angepasst werden musste. Die Kamera ist unser Hauptstromfresser und es darf nicht passieren, dass wegen ihrem hohen Verbrauch keine GPS-Daten mehr übertragen werden können. Hier galt es ein Gleichgewicht zu finden.

Neben dem vielen Hardware-Testing, haben wir auch unsere Missions-Seite der Webseite und den entsprechenden Server, der sie an die Nutzer ausliefert, fertig implementiert. Viel Arbeit floss dabei in zwei wichtige FrontEnd-Funktionen: Einerseits hat Fredi die Sensorwerte in einem Chart aufbereitet und andererseits wurde ein Live-Blog-Feature eingestellt und getestet, dass es uns ermöglicht am Missionstag Live-Bilder und Videos von uns auf der Erde zu schicken, um neugierigen Zuschauern mitteilen zu können, wie bei uns die Lage ist und ob alles glatt läuft. Für die Sensor-Diagramme verwenden wir das optisch-wundervolle und auch praktisch zu bedienende Charts.js-Framework. Die Einrichtung forderte seine Zeit, verlief aber weitestgehendst ohne Probleme. Nur das Wechseln zwischen verschiedenen Sensorwerten - also Beispielsweise von Temperatur zu UV-Strahlung - stellte uns vor eine grössere Herausforderung, die wir zum Glück lösen konnten. Für das Live-Vlog-Feature, entschieden wir uns für ein Twitter-Embedding. Dies wird von dem Social-Media-Kanal Twitter gratis zur Verfügung gestellt und funktioniert 1A!

Im BackEnd, also auf unserem Server, und auf der Empfangsstation im Ballon-Verfolgungs-Auto, haben wir dafür gesorgt, dass alle Sensordaten in eine zeitbasierte Datenbank von InfluxDB gespeichert werden. Mittels NodeRed, ein JavaScript-Tool um Datenströme zu kanalisieren, haben wir sichergestellt, dass alle Daten in die richtigen Tabellen geschrieben werden. Auch haben wir dafür gesorgt, dass unsinnige Daten, die manche Sensoren immer wieder senden, ausgeschlossen werden, also nicht in die Datenbank geschrieben werden und somit nicht auf der Webseite angezeigt werden. Hier haben wir alle drei viele Stunden verbracht, um für die Nutzung am Missionstag einen stabilen und zuverlässigen Datenfluss zu gewährleisten.

Ein besonders hartnäckiges Feature, über dessen Gelingen wir uns riesig freuen, ist das Versenden von Live-Bildern von der Sratospäere zur Erde, so dass sie auf unserer Webseite angezeigt werden können. Hier haben wir mehrere Tage bis spät in den Abend gearbeitet, um das ganze weltraumfest zu machen. Über 35km Distanz ein ganzes Bild fehlerfrei zu übermitteln, ist keine einfache Kunst. Wichtig dabei ist vorallem, dass die Übertragung der Bilder nicht die wichtigeren GPS-Daten blockiert. Ob das ganze unter Realbedingungen funktioniert, steht immernoch auf wackelingen Füssen, doch wir sind optimistisch, dass zumindest ein oder zwei halbwegs fehlerfreie Bilder auf die Erde übertragen werden können. Es wäre phantatstisch!

Zum krönenden Abschluss der Testing-Phase haben wir uns voller Tatendrang auf mehrere Berg-Wanderungen begeben, um finale Langstrecken-Funktests zu machen. Zwei mal wagte sich Yannik alleine auf den Chasseral, während Oli und Fredi den Bantiger erklommen, ähnlich wie bereits Ende letzten Jahres. Die Aussichtstürme waren beider Orts leider gesperrt und wir richteten uns auf dem Boden ein. Ein vorbeikommender Wanderer erfreute sich an unserem besonderen Corona-Home-Office. Ein ander mal stand Fredi mit der Kapsel an einem Nachbar-Hügel vom Bantiger, während Oli und Yannik mit dem Auto Richtung Schlieren sausten. Diese und weitere Abschlusstests brachten uns viele Erkenntnisse und ermöglichen uns nun freduig zu sagen: Wir sind jetzt startklar! Die Funkverbindung ist stabil und die Daten werden zuverlässig auf der Webseite angezeigt. Natürlich haben wir bei einem Wetterballonflug nicht alle Faktoren in der Hand und es kann immer etwas unerwartetes passieren. Es bleibt also, selbst nach einem Monat intensivem Testing, ein kleines Wagnis und wir hoffen, dass am Missionstag alles glatt läuft. Sobald an einem Tag sowohl Wind und Wetter stimmig sind, werden wir unseren Wetterballon aufblasen und die Arbeit der letzten Monate mit einer Mischung aus Freude und Spannung in die Weite entlassen. Wir geben euch rechtzeitig Bescheid, wenn es soweit ist.

Dass unsere Sondenkapsel, die unsere 360°-Kamera und wichtige Sensoren während dem Flug transportieren soll, eine Kugel sein wird, war für uns von Anfang an klar. Aber wie der eigentliche Ausbau innerhalb der Kapsel aussehen soll und was alles untergebracht wird, wussten wir lange nicht.

Das Gewicht der Sonde ist ein wesentlicher Bestandteil der ganzen Mission: ist es nämlich zu hoch, müssen wir einen grösseren Ballon kaufen, damit er überhaupt bis in die Statosphäre gelangt. So war es auch ein Anliegen, möglichst gewichtsparend zu bauen. Nur wie kann das erreicht werden, ohne dass die Stabilität leidet?

Die Idee zu Beginn war, eine Styropor-Platte so zurechtzuschneiden, dass die Sensoren in diese gesteckt werden können. Das Zuschneiden gelang mit einem Styroporschneider, also einem Draht der durch eine Batterie heissgemacht wird, sehr gut und kam überraschend kreisförmig heraus. Doch bereits nach kurzer Zeit wurde klar, dass das Einsetzen einer Styropor-Platte nicht das Beste ist. So fielen immer wieder kleine Kügelchen raus und die Passform änderte sich aufgrund diesem Umstand laufend. Auch das durchführen einer Schnur, um alles an den Ballon hängen zu können, wurde so nicht einfacher.

So haben wir uns dafür entschieden, wie im Werkunterricht in der Grundschule, eine Laubsäge und ein dünnes Holzbrett einzusetzen. Yannik schnitt dazu einen Kreis mit der Laubsäge aus und präparierte Kanäle für die Schnüre in das kreisförmige Werkstück. So sitzt es nun perfekt in der Kapsel und verrutscht keinen Millimeter!

Erleichtert konnte Yannik nun beginnen, alle Komponenten auf der Platte zu platzieren, so dass der Platz möglichst effizient genutzt wird. Der Arduino mit dem Connection-Bus und dem LoRa-Shield, Hardware die für die Übertragung von zentraler Bedeutung sind, kamen ebenso zentral in die Mitte. Darum herum wurden nun die Sensoren angebracht. Wobei; sollten angebracht werden passte besser. Dank der Corona-Situation war es schwierig, passende Schrauben zu kaufen und so mussten diese online bestellt werden. Lieferzeit eine Woche. Darum mussten die Sensoren voerst hypothetisch Platz nehmen und wurden mit einem Draht von 2.5mm Durchmesser provisorisch an Ort und Stelle gehalten.

Als die Lieferung bei Yannik eintraf, machte er sich sogleich daran, die Sensoren auf dem Holzbrett zu befestigen. M2-Schrauben erfüllten bei den meisten Sensoren die Anforderungen und wurden damit befestigt. Der Arduino hingegen wurde mit M3-Schrauben befestigt.

So sitzen jetzt alle Komponenten bombenfest an Ihrem Platz. Nächster Schritt: Die Stromversorgung und Kabelverbindungen möchten arrangiert und definitiv erstellt werden. Hierfür schweben uns Löcher in der Holzplatte vor, so dass wir Kabelbinder und Schlaufen einrichten können, um Stecker, Akku und Anschlüsse zu befestigen. Falls ihr euch übrigens fragt, warum die Kapsel eigentlich orange ist: Ganz einfach. Damit wir sie schnell wieder finden, wenn sie im Grünen landet. Denn was bringt einem eine perfekte Konstruktion, wenn sie am Ende verloren geht?

Getreu dem Moto «Wenn einer eine Reise tut, dann kann er was erzählen» von Mathias Claudius unternahm auch das Team von Stratoon Reisen, nach denen es viel zu erzählen hatte. Sie waren nicht ganz so lang wie die Reise der Hobbits nach Mittelerde, aber wir waren zu deren Beginn jeweils genauso aufgeregt.

Eine erste Reise, die das Stratoon-Team schon sehr früh in der Planung unternahm, war ein Ausflug auf den Bözingenberg. In der Hand eine kleine Plastikbox mit unscheinbarem Inhalt: Ein Arduino mit einem LoRa-Shield und einer Antenne, die aus der Box herausragt: Die Komponenten, die später in die Sondenkapsel des Ballons eingebaut werden sollen, damit er uns Daten zur Erde schickt. Doch bevor das passiert, muss erstmal getestet werden, ob unsere Funk-Hardware über die gewünschte Distanz von 40km senden kann.

Dazu also der Ausflug auf den Bözingenberg, von dem aus man den ganzen Bielersee überblicken kann. Dort angekommen, stellte Yannik die Funk-Box ab und machte sich per Auto auf den Weg, das südliche Ufer des Bielersees abzufahren. Mit einem Empfänger-Modul ausgerüstet, testete er hier verschiedene Distanzen, immer am Kontrollieren, ob die kleine Antennenbox auf dem Bözingenberg noch erreichbar war. Nidau, Bellmund und Täuffelen. Alles kein Problem. Doch das Signal wurde zusehends schwächer und die Sorgen wuchsen, dass die erträumte Distanz Bözingenberg - Mont Vully mit dieser Konfiguration nicht zu schaffen war. Hoffnung gab aber unverhofft eine Messung in Ins. Das Signal hatte sich verstärkt, obwohl die Distanz seit der letzten Messung um fünf Kilometer zugenommen hatte. So fuhr Yannik auf den Mont Vully und richtete die Antenne des Empfängers in Richtung Biel, aus der die andere Antenne sendete, und wartete auf ein Signal. Vergebens.

Doch wieso wollte das Signal nicht bis zu ihm durchdringen? Laut technischen Daten der Hardware sollte die getestete Distanz kein Problem sein. Hatte vielleicht ein Hardware-Hersteller falsche Angaben gemacht? Eine weitere Reise stand an und führte Yannik und Oli in die Labore der Funkspezialisten der BFH. Dort sollte uns eine futuristisch anmutende Box aus Metall weiterhelfen: Wir platzierten ihn ihr den Sender. Aus der Box ragte ein Kabel, an das noch eine kleinere Box angeschlossen war, an die wir dann unseren Empfänger hängten. Der Aufbau der da vor uns lag, hatte den folgenden Zweck: die grosse Metallbox sollte dafür sorgen, dass die vom LoRa-Board abgesonderten Strahlen nicht nach draussen dringen können. Die kleinere Box ausserhalb der Metallkiste liess uns beliebige Dämpfungen hinzufügen. Resultat: Wir konnten eine «beliebig»-grosse Funkdistanz simulieren.

Wir überprüften nun also, ob unser Hardware-Board effektiv so sensitiv war, wie das Datenblatt des Herstellers beschrieb. Zu unserer Überraschung aber war das Board mehr als 10% unterhalb des Wertes, den wir erwarteten. Was aber war der Grund? Nach diversen Rückfragen bei den Funkspezialisten fanden wir heraus, dass einstellbare Übertragungs-Grössen wie SpreadingFactor, TX-Power oder auch CodingRate, wesentliche Einflüsse, auf die Funkergebnisse hatten. So probierten wir für die Grössen verschiedene Werte aus, um auf einen Sweet-Spot zu kommen, das heisst: genug Reichweite und dabei noch genügen Bandbreite für die Übertragung. Auf einem Oszilloskop erkannten wir dann auch, welche Einflüsse unsere Einstellungen hatten. Bei einem höheren SpreadingFactor wurde die Nachricht in die Länge gezogen und brauchte viel länger, bis sie übertragen war. Auf dem Bildschirm waren diese Nachrichten als vorbei huschende Päckchen erkennbar. Auch die Präambel konnten nun erkannt werden und wir begannen die verschiedenen Einstellungen zu verstehen. Es waren im Grunde nur Linien, die uns aber weit mehr Aufschluss über unsere Boards gaben, als wir uns noch beim Betreten des Labor hätten denken können.

Mit den Labor-Erkenntnissen im Gepäck wurde nun der nächste Meilenstein angepeilt. Was für die NASA in den 60er Jahren die Umrundung des Mondes als Vorbereitung auf die Mondlandung war, war für uns der Übertragungstests zwischen dem Chasseral und dem Bantiger. Die Feuerprobe unserer Module - über mehr als 40 Kilometer Luftlinie! Noch beim Bereitmachen auf dem Chasseral, als die Antennen noch in die falschen Richtungen zeigten, empfing Yannik die ersten Nachrichten von Oli, der auf dem Bantiger stand. Es hatte tatsächlich geklappt! Die Labortests decken sich mit der Realität! Den Mond umrundet und Mittelerde erforscht, steht nun ein völlig neues Abenteuer an: Es gilt die Funkmodule und Sensoren in unsere Sondenkapsel einzubauen.

Ein halbes Jahr haben wir erste wichtige Vorbereitungen für den grossen Flug getroffen. Wir haben einen Server konfiguriert und eine Webseite darauf zum Laufen gebracht. Wir haben viele Hardware-Teile evaluiert und bestellt, zusammengesteckt und verlötet. Wir haben Scripte für die Hardware Boards geschrieben, Internetprotokolle eingerichtet und so manche Reichweitentests unserer Antennen - quer über den Berner Kanton - durchgeführt, um möglichst realistische Distanzvoraussetzungen zu schaffen. Und doch, nach vielen Tagen und Wochen dieser und anderer Arbeiten, haben unsere Vorbereitungen noch lange nicht geendet. Dies hat uns die Herausforderung einen Missionsplan für die Wochen bis zum Flug zu erstellen, eindrucksvoll bewiesen.

Denn ein Zeitplan ist essentiell für ein grosses Projekt mit reellen Herausforderungen und Gefahren. Der Flug hängt von einigen dutzend Einzel-Komponenten ab und stockt es nur an einer Stelle, gerät alles in Verzug. Man stelle sich alleine vor, was passiert, wenn der Heliumliferant keine Aufträge mehr bearbeitet oder ein wichtiges GPS-Modul, das spontan vor dem Flug den Geist aufgibt, gerade nicht lieferbar ist. Vieles muss nach doppelter und dreifacher Sicherheit durchdacht und geplant werden - denn die Zeit ist knapp und eine zu lange Verzögerung bedeutet das Scheitern unserer Mission und Vision.

Dazu kommt, dass wir die Aufgaben unter uns drei sinnvoll abstimmen möchten und müssen, denn vieles was wir tun, ist wichtig, damit ein anderer weiterarbeiten kann. Wird die 360°-Kamera für die Fredi zuständig ist, nicht auf ihr Verhalten bei Statosphären-ähnlichen Minustemperaturen getestet, kann Yannik sie noch nicht in die Sondenkapsel integrieren und eine passende Akkugrösse als Stromversorgung wählen. Bereitet Oli keine Testdaten seiner konfigurierten Boards auf, kann die Webseite von Fredi nicht getestet werden.

Für solche und weitere wichtigen Überlegungen, haben wir uns mehrere Tage zusammengesetzt und alle Eventualitäten abgewogen. Als Resultat erhielten wir eine granulare Aufgabenliste von knapp 200 Einzeltasks, die auf komplexe Weise untereinander in Abhängigkeit stehen. Daraus konnten wir dann mit etwas Musse einen übersichtlichen, grobgehaltenen Missionsplan in Excel erstellen, um die Tasks jedes Gruppenmitglieds bis zum Flugtag zeitlich klar zu fixieren. Das tolle ist: Wir können nun mit Zuversicht bekanntgeben, dass unser Ballon - je nach Wetterlage - Ende April bis Anfang Mai in die Lüfte entlassen wird. Es würde uns sehr freuen, wenn du an unserem grossen Tag - hier auf dieser Seite - live mit dabei bist! Wollen wir nur hoffen, dass Herr Corona uns keinen Strich durch die lange Rechnung macht.