Die Datenauswertung von Felix Baumgartners Sprung vom Rande der Stratosphäre liegt nun vor und ist hier in Auszügen beschrieben. Zum Verständnis macht es Sinn, vorher Teil1 dieses Beitrages zu lesen.
Absprung in 39 Kilometer Höhe
Das Stratos Cypres war über ein Aktivierungskabel (vergleichbar einer Aufziehleine) mit dem Sitz der Kapsel verbunden. Während der Steigphase des Ballons war das Cypres noch ausgeschaltet. Erst beim Absprung wurde die Leine aus dem metallenen Housing gezogen und das Gerät damit aktiviert. Mit einer Verzögerung von 5 Sekunden ging das Stratos Cypres dann in den Überwachungsmodus, bei dem es mit permanenter Luftdruckmessung Höhe und Geschwindigkeit bestimmte.
Beschleunigungsphase
In dieser Höhe sind extrem niedriger Luftdruck und maximale Beschleunigung eine besondere Herausforderungen für Sensor und Auswertung, da es für diesen Bereich nur Simulationen, aber keine Tests unter realen Bedingungen gibt. In dieser Sprungphase galt es für Felix Baumgartner, die Schallmauer zu durchbrechen. Nur in diesem Bereich ist der Luftwiderstand dafür gering genug. Nach 46,5 Sekunden in 29200 Metern Höhe erzielte er die höchste Geschwindigkeit im Freifall, die jemals ein Mensch erreicht hat: 377 m/s.
Turbulenzphase
Die Luftdichte nimmt mit abnehmender Höhe nicht linear zu. Große Unterschiede in Dichte und stark schwankende Anströmung können zu heftigen Turbulenzen führen und gefährliche Querbeschleunigungen auslösen. Cloth’s Firma Airtec, die ihre Cypres Cutter Technologie schon beim Entfalten von Solarsegeln in Satelliten eingesetzt hatte, maß vor einigen Jahren bei der Rückkehr einer Rakete aus dem Weltraum Querbeschleunigungen mit Spitzenwerten von bis zu 17g. Zum Stabilisieren und Bremsen eventueller Drehungen beim Baumgarter-Sprung war ein Hilfsschirm eingebaut, der aber nicht zum Einsatz kam. Ein früher Einsatz des Hilfsschirms hätte vermutlich das Durchbrechen der Schallmauer gefährdet. Die Entscheidung – Hilfschirm aktivieren oder nicht – war von Felix Baumgartner innerhalb von Sekundenbruchteilen zu fällen. Etwa eine halbe Sekunde nach Erreichen seiner Höchstgeschwindigkeit geriet Felix Baumgartner in die Flat Spins (Flachtrudeln). Erst nach gut 30 Sekunden und 22 Drehungen mit Spitzenwerten von über dreifacher Erdanziehung gelang es ihm, die Drehungen zu beenden.
Genau besehen ist die Freifall-Körperhaltung nicht ganz symmetrisch.
Das obere weiße Dreieck ist die Klappe über dem Reserveschirm und das untere „Trapez“, mit Red Bull Stratos Logo, die Klappe für den Hauptschirm, der aktiviert wurde.
Hinter der oberen dreieckigen weißen Klappe befindet sich der Reserveschirm, unten hinter dem weißen „Trapez“ mit dem Red Bull Stratos Logo, der Hauptschirm, der aktiviert wurde.
Zum Flachtrudeln (Flat Spin)
Nach dem Final Report von Red Bull waren 13 der 22 Drehungen als Flat Spins (Drehung nur um die Hochachse) klassifiziert. Eine Drehung im Freien Fall entsteht – wie jede andere Bewegung abgesehen vom Fall nach unten – durch eine Asymmetrie in der Körperhaltung. Das kann bewußt eingesetzt werden, wenn der Springer seine Lage verändern möchte: nach vorne oder rückwärts „fliegen“ oder eben auch für eine Drehung oder Rolle. In der Ausbildung bei Schülern passiert die Asymmetrie unbewusst und dann spricht man vom Trudeln. Die Physik dahinter ist dieselbe.
Asymmetrie muss nicht immer so sichtbar sein wie auf dem Freifallfoto von Baumgartner. Sie kann sich auch in einem Hüftknick oder ähnlichem verstecken. Eine stabile X-Lage kann man prinzipiell antrainieren, und auch für mehr als 4 Minuten halten, das ist eine Körper-Awareness und Fitnessangelegenheit. Baumgartner sagte nach dem Sprung, am Anfang des Sprunges, praktisch ohne Widerstand, sei es extrem schwer gewesen, die eigene Körperhaltung einzuschätzen.
Joe Kittinger äussert sich im Final Report, dass man die ungewollten Drehungen und Spins in Zukunft verhindern muss. Vor allem wenn der Sprung als Notausstiegslösung von künftigen Raumfahrzeugen angewendet werden soll. Wenn schon ein erfahrener Fallschirmspringer keine ungewollten Drehungen und Spins verhindern kann, wie soll das dann ein Weltraumtourist schaffen?
Ein Link zum Sprung-Video mit eingeblendeten Loggerdaten
Die Symmetrie beginnt schon beim Absprung in extremen Höhen. Jede noch so kleine Asymmetrie resultiert in einer ungewollten Bewegung. Actio est reactio, uralt und bekannt. Damit der Springer nicht gegensteuern muss, müssen sowohl Anzug als auch Ausrüstung darüber (Lebenserhaltungssystem, Griffe) exakt symmetrisch angeordnet sein. Gerade, wenn er in der geringen Dichte seine Bewegung und Haltung schwer einschätzen kann. Und etwaige Aktivierungskabel beim Absprung (Aufziehleinen, die in der Kapsel befestigt sind) müssen absolut symmetrisch angeordnet sein, notfalls durch zusätzliche Dummykabel auf der anderen Seite ergänzt werden. Auch die Aussenhülle von Flugzeugen ist üblicherweise symmetrisch designed.
Bremsphase
Mit dem Überschreiten der Armstrong Linie* nach einer Minute 14 Sekunde Fall in einer Höhe von 18300 Metern brachte die ausreichend homogene Luftdichte Baumgartner die Steuerungsmöglichkeiten zurück. Im kontrollierten Freifall bremste er mit zunehmender Stärke auf die in der Physik bekannten möglichen Fallgeschwindigkeiten ab. (Diese verändern sich exponentiell zur Höhe). Auch die Cypres Messung und Auswertung ist hier wieder im bekannten Terrain innerhalb der Spezifikationen angekommen.
Im normalen Sprungbereich
brachte für Felix Baumgartner das Gesamtgewicht von rund 120 Kilogramm und die Abschottung durch seinen Raumanzug anspruchsvolle Sprungbedingungen mit wenig Bewegungsfreiheit und stark eingeschränkter Wahrnehmung der Anströmung. Nach 4 Minuten 20 Sekunden Freifallzeit war die Hauptkappe in einer Höhe von rund 2350 Metern geöffnet. Die Sinkgeschwindigkeit des Fallschirms lag um die 4 m/s (mit einer Wingload von 0,98).
Debriefing zum Datenlog
Die extremen Bedingungen mit hoher Beschleunigung, enormen Druck- und Temperaturschwankungen in großen Höhen haben die Cypres Stratos Technik nicht irritiert. Sie hat die Sprungsituation exakt nachvollzogen: Alle Daten wurden wie geplant aufgezeichnet.
Als automatischen Aktivierungsgerät musste Cypress allerdings nicht eingreifen: Felix Baumgartners Kappenflug war im kontrollierten und sicheren Bereich. Anders hätte es ausgesehen, wenn er das Flachtrudeln (Flat Spin) im Freifall nicht unter Kontrolle bekommen hätte. Bei seinen 22 Drehungen wurden in der Spitze über 3g gemessen. Extreme Werte, die bei weiteren Drehungen zur Bewusstlosigkeit geführt hätten. Beim darauf folgenden unkontrollierten Freifall hätte das Stratos Cypres bei Erreichen der Auslöseparameter bei einem Luftdruck von 812 Millibar ausgelöst.
• alle Höhenangaben in Meter über NN
• Roswell 1016 Meter über NN
* die Armstrong-Linie liegt bei 19000 Metern über NN und beschreibt das Ende des lufterfüllten Raums, technische Apparaturen können mit Luftdruck nicht mehr berechenbar arbeiten
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Nachtrag 25. Oktober 2014
Rund zwei Jahre nach Baumgartner’s Höhen-Rekordsprung wird der Rekord auch schon überboten: Von Googlemanager Alan Eustace, der am 19. Oktober mit einem Helium-Ballon in eine Höhe von 41,42 Kilometern aufstieg und von dort absprang. Der 57-jährige soll – wie auch Baumgartner – schneller als der Schall gewesen sein, nach Aussagen der Firma Paragon Space Development Corporation mit, die den Rekordversuch unterstützt hatte.
Im Gegensatz zu Baumgartner verzichtete Eustace auf eine Kapsel und ließ sich nur in einem von der Nasa entwickelten Spezialanzug am Ballon befestigt nach oben befördern. Rund viereinhalb Minuten nach dem Absprung hatte er seinen Flug bereits mit einem Mini-Schirm stabilisiert. Den Fallschirm öffnete er in einer Höhe von rund 5,5 Kilometern. Die Höchstgeschwindigkeit habe 822 Meilen (knapp 1323 Kilometer) pro Stunde erreicht. Laut Weltluftsport-Föderation war die gemeldete Absprunghöhe 135 890 Fuß.
Eustace, der bereits seit 2011 an dem Projekt arbeitete, habe abgelehnt den Sprung von Google finanzieren zu lassen, obwohl ihm das angeboten worden war. Er wollte seinen Sprung nicht in einen Marketing-Event für Google verwandeln.
Kommentare
30 Antworten zu „Teil2: Die wissenschaftlichen Daten zum Stratosphärensprung“
„Im kontrollierten Freifall bremste er mit zunehmender Stärke auf die in der Physik bekannten möglichen Fallgeschwindigkeiten ab.“
Was soll das denn heißen? Die Fallgeschwindigkeit ist eine Funktion von Luftwiderstand und Beschleunigung und wird nicht ab einer bestimmten Höhe „in der Physik bekannt“.
„*die Armstrong-Linie liegt bei 19000 Metern über NN und beschreibt das Ende des lufterfüllten Raums, technische Apparaturen können mit Luftdruck nicht mehr berechenbar arbeiten“
häh? Heißt das Absolutdruckmesser arbeiten ab der Höhe nicht mehr? Warum? Wolfram alpha sagt für 40km Höhe einen Luftdruck von ~3mBar an. Das sind 300Pa und die sind problemlos messbar.
Wiki sagt über die Armstrong Linie übrigens was ganz anderes aber deutlich sinnvolleres als dieser Artikel.
Ein Blogkommentar ist nicht dazu da, den eigenen Tagesfrust abzulassen. Fachliche Kontroversen und Fragestellungen sind gern gesehen, aber der Ton sollte stimmen.
Ob man das allerdings von jemandem erwarten kann, der seine Emailadresse als
„interessiert@euch.nicht“ angibt?
Sich hinter so etwas zu verstecken zeigt, dass man nicht offen zu seiner Meinung steht.
Ein Online Wiki ist nicht das Maß aller Dinge in der Recherche, als Quelle würde ich das niemals heranziehen, nur als (lesbare) Zusatzinformation.
Wenn der Hersteller des Datenlogger sagt, dass er da oben Schwierigkeiten hatte, mit seinem Gerät zu messen, wie es im Artikel näher beschrieben steht, dann wird er wohl wissen, was er meint.
@Christian:
Die Armstrong Linie ist auch als Limit für sinnvolle barometrische Höhenmessung zu sehen.
Natürlich können die Drücke darüber gemessen werden, aber die Genauigkeit der Messung ist nicht mehr hoch genug, um damit Höhen in Auflösungen von einzelnen Fuß zu bestimmen. Am Boden einspricht der Unterschied von einem hPa ca. 9m (30 Fuß) auf Baumgartners Absprunghöhe ca. 500m (1700 Fuß)
Dank Baumgartners Druckanzug war die in Wikipedia vorgestellte Bedeutung der Armstrong Linie uninteressant.
Guter Beitrag! Danke! Mehr davon.
Es gibt nur sehr wenige Blogbeiträge in Flug und Zeit?
Wo bekommt man die Fotos vom Sprung ? Darf man die einfach so verwenden ?
🙂
„Flug und Zeit“ wird erst aufgebaut. Aber dann sollen in allen unterschiedlichen Kategorien (siehe „Über Flug und Zeit“) viele Beiträge stehen.
Speziell zur Kategorie „3. Dimension“:
Auch wenn das anspruchsvoll ist, aber mein Ziel dabei ist, unsere Flugwelt, die Faszination, aber auch die Gefahren, die dahinter liegen, Nicht-Luftfahrern zu vermitteln. Und das geht nicht von heute auf morgen.
🙂 Also an Menschen, die unter „Praxis“ nicht die lebensnotwendige Currency* in der Luftfahrt verstehen, sondern eher den Zahnarzt.
Zu den Red Bull Bildern:
Die muss man anfordern und wenn man die geforderten Kriterien erfüllt, dann darf man sie für den bestimmten Zweck einsetzen, sonst aber nicht.
Der Fotografhinweis ist Pflicht. Aber das ist eigentlich nichts Besonderes, denn das ist rechtlich auch sonst vorgeschrieben.
Happy Landings!
*Für nicht Luftfahrer: „Currency“ leitet sich von „to be current“ ab und heißt in der Luftfahrt, dass man auf seinem Gebiet nicht nur irgendwann einmal etwas ausführlich gelernt hat, und die notwendigen Lizenzen und Ratings gültig sind, sondern, dass man auch genügend aktuelle Praxis im der Ausübung als Luftfahrer (Pilot, Springer, Ballonfahrer…) hat. Also etwa x Landungen in den letzten Monaten, Nachttflüge, Sprünge, Fahrten…)
Nicht alle Österreicher sind heile am Boden angekommen …
http://de.wikipedia.org/wiki/Franz_Reichelt
Interessant.
Ein klein Wenig Erklärung von Fachbegriffen wäre aber nicht schlecht gewesen, zB „Wingload“ (vor allem in den SI-Einheiten pounds per sqare feet, was so leicht in die SI-Einheit pounds per sqare inch umrechnen lässt, aber dafür kannst Du ja nichts…).
Und das mit der Asymmetrie hat mir auch nicht ganz eingeleuchtet. Für Drehungen und seitliche Bewegungen mag das sein, aber für Vorwärts- oder Rückwärtsbewegungen brauche ich keine Symmetrie zu brechen, denke ich.
Wingload
Bei Sprungfallschirmen reicht die Größe von „Handtüchern“ (interne Bezeichnung für eine Fläche von 100 Sq.Ft. oder kleiner – Umrechnungen in andere Einheiten kann meine Leserklientel erwiesenermassen recht gut 🙂 ) bis zu „Riesenlappen“, die man für Schüler einsetzt, damit diese in jedem Fall sicher und sanft landen.
Es macht einen Unterschied, ob ich einen 120 kg Springer an einen Flächenschirm mit 120 Sq.Ft. dranhänge oder ein zartes Mädchen mit unter 50 kg, in der Sinkgeschwindigkeit, aber auch in der Schirmreaktion auf die Steuerbewegungen.
Daher klassifiziert ein Hersteller jeden Schirmtyp mit einem Wingload-Bereich von x bis y, in dem er eingesetzt werden soll.
Generell wird ein Schirm mit höherer Wingload „giftiger“ zu handeln, schneller und mehr responsive. Im Gegensatz zu lahmer Ente. Man muss halt das Optimum finden für das eigene Können und Gewicht.
(Wingload habe ich nicht erklärt, weil der Wert nur für Menschen (Springer) Sinn macht, die damit auch was anfangen können. Er steht, glaube ich, auch in Klammern. Ich wollte halt, dass auch Springer noch einige für sie interessante Daten im Blog finden. Also sorry fürs Nichterklären an die Allgemeinheit.)
Asymmetrie
Das ist das perverse für Sprungschüler, obwohl es allen Regeln der Physik folgt:
Wenn ich nach vorne fliegen will, muss ich die Arme kurz machen, also zum Körper heranziehen und die Beine ausstrecken.
Die menschliche Tendenz, wenn man etwas haben (greifen) will, ist bekannterweise genau anders rum. 🙂
Meistens will man zwar nicht einfach auf einer Ebene nach vorne, sondern nach vorne unten oder „oben“ (= langsamer fallen als das Zielobjekt) und dann kommt noch mehr an Denken oder intuitivem Fliegen dazu.
Es macht riesig Spaß, sich im Freifall zu bewegen, um alle Achsen, aber es ist zu Beginn ( 🙂 und manchmal auch für erfahrene Springer, wenn sie in einer Situation „gierig“ werden, ihr Ziel schnell zu erreichen) anspruchsvoll.
Ja, danke:-)
Ich muss mich mal umschauen nach so einem Fallkäfig, der von unten angeblasen wird…
🙂 prima Idee.
Wind Tunnel nennt sich das.
Ich habs halt gern warm und deshalb bevorzuge ich den in Orlando oder den in Eloy, AZ.
Aber es gibt mittlerweile auch in D einen in Bottrop, der hat den Vorteil der leichteren Anfahrt.
Der in England ist auch bei Profis zum Trainieren sehr beliebt.
Wenn man schon mal (beruflich) bei einem in der der Nähe ist, lässt sich das gut ausprobieren.
Manchmal muss man vorreservieren, wegen viel Andrangs, also am besten vorher schon mal Kontakt aufnehmen.
Und wegen der Kosten und dem Muskelkater danach macht es Sinn, sich mit Freunden die Zeit zu teilen.
Wind tunnel oder indoor skydiving googeln…
Viel Spaß!
@BreitSide:
“ SI-Einheiten pounds per sqare feet, […] die SI-Einheit pounds per sqare inch “
Tut mir leid, aber weder „pounds“, „feet“ noch „inch“ sind SI-Einheiten. (Da friert’s mich gleich! 😉 )
🙂 Kann ich nachvollziehen.
Es liegt halt daran, dass das Fallschirmspringen, zumindest seit es sich in den letzten Jahrzehnten zum Massensport entwickelt hat, noch immer sehr US-dominant ist. Zumindest, was die Hersteller von Gurtzeugen und Schirmen betrifft. (Das Cypres war hier eine rühmliche Ausnahme, deutsche Technologie, die sich weltweit durchgesetzt hat).
Und klar kann man alles in SI Einheiten umrechnen, nur sagt keinem Springer die Zahl der Schirmfläche dann irgendetwas. Die Schirmbezeichnungen gehen nach der Flächengröße in Sq. ft, also etwa ein Sabre 150, oder Katana 120…)
Auch Höhen in der Luftfahrt gibt jeder weltweit (ausser lange Zeit den Russen und noch immer den Chinesen) in Fuß an. Da ich mehr in USA springe, als hierzulande, ist mein analoger Sprunghöhenmesser auch in Fuß. Bei dem geht es aber eh nur um die Zeigerstellung.
Dass unsereins als hiesiger Techniker generell mit SI Einheiten mehr anfangen kann, dem stimme ich zu.
🙂 In der Luftfahrt gibt es dazu halt wieder einmal Ausnahmen…
Und wenn ich in USA Auto fahre, berechne ich den Spritverbrauch auch in miles/gallon und nicht in l/100km. Das wäre mir zu viel Aufwand, das umzurechnen, ich bezahle ja auch die Gallonen und nicht die Liter. (Ich friere und schwitze in USA auch in F, jedesmal in C umzurechnen, passt einfach irgendwie nicht.)
@the grue: pounds per square inch/foot sind keine SI-Einheiten? Am Ende sind Gallon, Pint und Mile auch keine SI-Einheiten? Und Yard auch nicht? Mann, Mann, Mann…
Die Apollo-Missionen wurden übrigens metrisch abgewickelt, das Space Shuttle aber wieder imperial. War es ja doch auch vor allem eine militärische Mission.
Abgesehen davon: danke für den Artikel, Frau Kleisny!
🙂
1) Wie antworde ich denn so schön eingerückt auf einen Post?
2) @BreitSide: „Mann, Mann, Mann…“
Warum so unfreundlich? Für die Ironie fehlt mir der Smiley, deshalb: Nein, Du zählst imperiale Einheiten auf. SI-Einheiten sind ausschließlich die hier beschriebenen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Internationales_Einheitensystem#SI-Einheiten
Oder meinst Du, das ist eh klar? Warum schreibst Du dann „SI“, wenn Du sicher weisst, daß es ¬SI ist? Und „Mann, mann, mann“st mich dann noch an?
Seltsam.
Gaaanz ruhig, mein Lieber:-) – jetzt auch mit Smiley extra für Dich…
Was wäre denn das für eine Ironie, die man sofort Allen klar macht?
Und ich habe Dich überhaupt nicht angemannmannmannst, Du musst nicht immer Alles auf Dich beziehen. Lies den Satz nochmal unvoreingenommen, und Du wirst es erkennen.
Aber seis drum, die Amis mit ihren imperialistischen Einheiten nerven. Genau wie die Russen, die (immer noch?) im Flugverkehr russisch sprechen statt englisch.
Wenn Du das /so/ sagst… dann hast Du Recht und wir sind uns einig 🙂
🙂
@the grue #16
Mittlerweile kann ich leider nicht mal mehr grau eingerückt antworten, die Kommentarfunktion funktioniert für mich seit 2 Tagen nicht mehr. Und ich kann leider auch Blogs nur beschränkt bearbeiten. Hochstellen klappt auf Umwegen. Das nur zur Info, warum sich hier so wenig tut. Ich hoffe, das ändert sich bald.
Oh, der wird auch grau. Ist aber als normaler Userkommentar eingegeben.
Dafür ist BreitSides Kommentar eingerückt — vielleicht verrät es ja sein Geheimnis.
Ich hab nix gemacht!*)
Ich hab nur in der Benachrichtigungsmail auf „Antwort“ gedrückt. Das wird dann wohl automatisch als Antwort auf diesen Kommentar (hier rolaks) interpretiert.
Drückt man auf „Kommentare“, gelangt man wohl „normal“ auf die Kommentarseite
*)Frei nach der alten Geschichte: Ein Physiker, ein Ing und ein User bekommen je 2 Glaskugeln und werden 2 Stunden in Einzelzimmern eingeschlossen. Nach 2 Stunden
– hat der Physiker Durchmesser, Fläche, Volumen, Gewicht, Brechungsindex etc. berechnet,
– hat der Ing ein Fernrohr und ein Mikroskop gebaut,
– hat der User noch eine Kugel in der Hand, schaut auf das kaputte Fenster und sagt:“Ich hab nix gemacht“!
🙂
Hmm, so sieht dann ein „normaler“ Kommentar aus in dem Fenster, das sich nach Klicken auf „Kommentare“ in der Benachrichtigungsmail öffnet.
Oder halt ganz einfach Klick auf die Seite.
Wie man allerdings von der „normalen“ Seite auf die „Antwort“-Funktion kommt, hab ich keine Ahnung.
Na immerhin den entscheidenden Tipp gegeben: Via des via mail gelieferten links kommentiert. Und falls irgendjemand die Freundlichkeit besitzen sollte, hier noch einen Kommentar abzulassen, wird mir ebenfalls eine zugeschickt werden – mal schauen, was da auf mich zu kommt…
es scheint wieder zu funktionieren, mal sehen…
Schönen Dank für das Freimoderieren, das Geheimnis ist gelüftet (falls das hier klappt…)
und somit kann der nichtsmehrnutzige Kommentar weiter unten eigentlich weg.
erledigt. 🙂
Und was ist eigentlich der praktischer Nutzen des Ganzen?
–> Seite 63 bis 69, geschrieben von Joe Kittinger.