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Stratos - Technik, Physik und Ausblicke

44 Beiträge ▪ Schlüsselwörter: ISS, Notfall, Orbit ▪ Abonnieren: Feed E-Mail
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Stratos - Technik, Physik und Ausblicke

18.10.2012 um 13:29
Hallo Freunde,

Da besonders der Haupt - Thread zum Thema Baumgartner und sein Absprung aus 39 Km Höhe hoffnungslos durch VT - Anhänger, Trolle und technisch/physikalisch total uninformierte Teilnehmer geshreddert wird, Richte ich diese Gruppendiskussion für jene ein, die sich ohne Störung durch wilde Spekulationen ernsthaft über den Ablauf und die technischen/physikalischen Implikationen des Sprungs unterhalten wollen.

Dazu würde ich besonders gerne diejenigen einladen welche wirklich an der Technik und Physik Interesse haben und nich an irgendwelchen wirren Verschwörungs - Theorien oder unhaltbaren Behauptungen.

Ich beginne selbst mit einem Beitrag, einer Überlegung, welche ich schon im Thread "Felix Baumgartner Stratos" gepostet habe

@Total_Recall
@SheldonCooper
Schrieben dort unter anderem:

Aber es könnten vielleicht Erkenntnisse für Rettungssysteme dabei herausspringen.

Nicht wirklich, denn Raumstationen und Raumschiffe befinden sich ja meist in einen erdorbit und haben eine orbitalgeschwindigkeit weit jenseits der Schallgeschwindigkeit. Die ISS hat z.B. eine GEschwindigkeit von ca. 28.000 Km/h. Um sich durch einen Sprung "retten" zu können, müsste man diese auf 0 herabsetzen. da weiss niemand wie das gehen soll und wie man das überleben soll...


Und darauf habe ich geantwortet:

Es könnte möglich sein und ist mehr eine Materialfrage.
Ein Austronaut, der von der ISS auf diese Weise zur Erde gelangen wollte, müsste "nur" für rund 13 Minuten mit 1G gebremst werden um praktisch zum Stillstand zu kommen und dürfte dabei um nicht mehr als rund 300 Km absinken.

Wenn es gelingt, diese Verzögerung nicht durch Luftreibung an seinem Körper, sondern durch einen entsprechenden Fallschirm (im weitesten Sinn) zu erreichen, dann könnte der Astronaut sogar ohne besonders große körperliche Belastung den Absprung schaffen. Die Belastung für seinen Körper würde dabei 2G nicht übersteigen und die thermische Belastung in diesen Höhen wäre auch noch im ungefährlichen Bereich

Die Lösung könnte eine Kombination aus mehreren Fallschirmen sein, vom ersten, riesigen, der die nötige Verzögerung in der ungeheuer dünnen Luft in Höhen zwischen 200 und 350 Kilometern schafft und dann abgeworfen wird bis zum letzten, der nach unterschreiten von etwa Mach 2,5 in Höhen um die 75 Kilometer geöffnet wird und den Springer sicher zur Erde bringt.

Ein Schritt dahin war schon die Entwicklung des extrem dünnen und leichten, dabei aber sehr festen Materials der Ballonhülle, welche eventuell einen solchen Super - Fallschirm möglich machen könnte

Man darf bei solchen Überlegungen, wenn man an die Erhitzung der Raumkapseln und der Space - Shuttles denkt, nicht außer acht lassen, dass diese nur durch die Luftreibung an ihnen selbst und nicht durch einen zusätzlichen Verzögerungs - Mechanismus gebremst werden und daher die gesamte kinetische Energie in Form von Wärme schlucken müssen. Bei einem Absprung mit Fallschirm wird diese Wärmeenergie aber auf eine riesige Fläche (des Fallschirms) verteilt un die Temperatur - Erhöhung dadurch ziemlich gering und beherrschbar.


Es soll in diesem Thread nicht nur um diesen Aspekt gehen, sondern um alles, was an Baumgartners Rekord wissenschaftlich interessant und vielleicht in Zukunft möglich ist.
Felix Baumgartner, Red Bull und Ähnliches sollte außen vor bleiben


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18.10.2012 um 15:10
Die Frage, die sich mir stellt: wie hoch können Ballone mit einer Payload steigen und wäre dies nicht eine billige Variante für Forschungsprojekte, die bisher ihre Messgeräte mit Raketen sehr teuer ins All brachten?

Wie man an der Kapsel gesehen hat, wäre auch die Payload dann wiederverwendbar und kein Wegwerfgerät wie ein Satellit.


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18.10.2012 um 15:25
@Branntweiner


Ich habe jetzt keine Zahlen auf die Schnelle parat, aber prinzipiell mal:

Der Auftrieb eines mit Helium gefüllten Ballons ist so lange vorhanden, wie der Ballon, der auf dem Boden ja wie ein schlaffer Sack an einer relativ kleinen Helium - Blase hängt, genug Platz bietet damit das Helium sich mit zunehmender Höhe so weit ausdehnen kann, dass sein Druck dem Außendruck entspricht.

Theoretisch geht das auch im Hochvakuum in 350 Km Höhe (da ist immer noch Gas vorhanden, der Druck liegt aber, glaube ich, bei etwa 1/1000000 des Drucks am Boden. Das heißt, wenn am Boden ein Kubikmeter Helium eingefüllt wird, müsste der Ballon sich auf 1 000 000 Kubikmeter entfalten können und hätte auf Höhe der ISS immer noch den Auftrieb, den ein Ballon mit 1 Kubikmeter in Bodennähe hat.

Die Grenze wird da hauptsächlich dadurch gesetzt, dass die Ballonhülle ja auch ein beträchtliches Gewicht hat und Du mit einem Kubikmeter Helium eine Ballonhülle, die 1 000 000 Kubikmeter enthalten kann, natürlich nicht in die Luft bekommst. (Mit dem Material, das Red Bull verwendet hat wäre das sicher weit über 1 Tonne)

Von dieser Überlegung ausgehend würde ich sagen, die Grenze liegt mit allen derzeit verfügbaren Materialien bei maximal 50 Kilometern.


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Stratos - Technik, Physik und Ausblicke

18.10.2012 um 15:31
Zitat von BranntweinerBranntweiner schrieb:Die Frage, die sich mir stellt: wie hoch können Ballone mit einer Payload steigen und wäre dies nicht eine billige Variante für Forschungsprojekte, die bisher ihre Messgeräte mit Raketen sehr teuer ins All brachten?
Hat man schon gemacht... Sonnenobservatorium Sunrise:

Auftaktbild500Original anzeigen (0,2 MB)

http://www.mps.mpg.de/projects/sunrise/scienceblog/ (Archiv-Version vom 15.06.2013)

Sunrise schwebte mehrere Tage in 36 KM Höhe...

Man beachte die Parallelen zum Start von Stratos :-D
Zitat von ShortVisitShortVisit schrieb:Wenn es gelingt, diese Verzögerung nicht durch Luftreibung an seinem Körper, sondern durch einen entsprechenden Fallschirm (im weitesten Sinn) zu erreichen, dann könnte der Astronaut sogar ohne besonders große körperliche Belastung den Absprung schaffen.
Für Fallschirme dürfte die Luft über 100 Km Höhe schon zu dünn sein. Bei rückkehrenden Weltraumschrott (Satelliten) beginnt der Bremseffekt durch die Atmosphäre meistens bei ca. 100 KM


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Stratos - Technik, Physik und Ausblicke

18.10.2012 um 17:08
@FZG

Das dürfte aber seine Grenzen haben, da zum Unterschied von Satelliten, deren Bahn und der momentane Ort sehr genau vorausberechenbar sind, die Bewegungen eines Ballons kaum vorhersehbar sind.

Für Instrumente, die Langzeit - Messungen machen sollen (Teleskope) eher ungeeignet


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18.10.2012 um 17:09
Noch ein paar Gedanken bezüglich des wissenschaftlichen Wertes in Sachen Rettungssystem...

Baumgartner hat vor dem Start bekanntlich 2 Stunden reinen Sauerstoff geatmet, um der Gasbildung im Blut zu entgehen. Bei einem echten Notfall hat man dafür keine Zeit. Dieses "Pre-Breathing" führen die Besatzungsmitgliedder der ISS übrigens auch vor jedem Ausstieg aus.

Bei einen Notfall im Orbit muss man auch bedenken, das man bei einen Sprung nicht entscheiden kann, wo man landet. 2/3 der Erde sind mit Wasser bedeckt, die Chance also mitten in einen Ozean zu landen ist sehr hoch. Man muss also auch noch eine Rettungsinsel mitnehmen...

... diese ganzen Probleme hat man nicht, wenn man eine Rettungskapsel benutzt - und genau so wird´s ja gemacht. die an der ISS angedockten Sojus-Kapseln sind die Rettungsboote für die Besatzung wenn etwas passiert. Einsteigen, abkoppel und wegfliegen. Ist alles viel einfacher und sicherer als sich auf einen Absprung vorzubereiten.

Bei Problemen am Start muss binnen sekundenbruchteilen gehandelt werden, das kann ein Mensch gar nicht schaffen. Deswegen ist an der Spitze der Kapsel, bei den Russen, Amis und Chinesen eine Rettungsrakete, die bei einen Problem die Kapsel aus den Gefahrenbereich bringt.

Das Shuttle hatte konstruktionsbedingt keine solche Rettungsrakete. Das erste Shuttle hatte allerdings auf den ersten Flügen zwei Schleudersitze (deswegen auch die beiden Fenster an der Decke des Cockpits). Die hat man nach ein paar Flügen aber abmoniert, Die ersten Flüge fanden deswegen auch nur mit zwei Besatzungsmitglieder statt, eine vollständige Shuttle-crew hätte eine vollständige Bestühlung mit Schleudersitzen vorausgesetzt und da wäre es schon kritisch, ob sie alle sich nicht gegenseitig "abschiessen" und man hätte die gesammte decke neu konstruieren müssen. "Abspringen" oder Schleudersitze machen sowieso nur in einen begrenzten Zeitfenster sinn. Wenn die Booster laufen, würde das vorbeisausende Shuttle die Aussteiger rösten...

Redbull betonte zwar immer wieder, dass dies wissenschaftlich interessant sei, aber mehr als eine aussergewöhnliche Messreihe für den Raumanzug in dieser Extremsituation und die biologischen Messwerte eines Menschen in dieser extremsituation hat man nicht. Diese daten können zur Optimierung der Raumanzüge beitragen, mehr eigentlich nicht. vielleicht versteckt sich in den Daten ja noch ein Detail, mit den niemand vorher gerechnet hat.

Der grösste Wissenschaftliche Nutzen des Projektes Stratos ist, dass dieses faszinierende Projekt interesse und etwas Wissen über die Atmosphäre unters Volk gebracht hat. Leute, die sich nicht für Raumfahrt interessieren haben in der Vorberichterstattung stundenlang Ulrich Walter zugehört und hoffentlich ist was davon hängengeblieben.


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18.10.2012 um 17:22
@FZG
Zitat von FZGFZG schrieb:Für Fallschirme dürfte die Luft über 100 Km Höhe schon zu dünn sein. Bei rückkehrenden Weltraumschrott (Satelliten) beginnt der Bremseffekt durch die Atmosphäre meistens bei ca. 100 KM
Ich hab noch keine genügend genauen Daten, aber immerhin muss die ISS regelmäßig angehoben werden. Bremseffekt ist also, wenn auch recht gering, vorhanden.

Wenn die ISS, mit einer im Vergleich zur Oberfläche ziemlich großen Masse messbar gebremst wird, sollte eine geringe Masse an einem sehr großen Schirm (vielleicht so 100 oder 150 Meter Durchmesser, also mindestens gleiche Oberfläche wir die Stirnfläche der ISS) schon nennenswert verlangsamt werden. Um welchen Betrag - das wäre im Moment reines Raten.

Für eine genauere Abschätzung brauche ich Masse und Oberfläche der ISS und den genauen Betrag um den sie abgebremst wird, dann könnte ich mit einer einfachen Rechnung die Werte für einen Astronauten am Fallschirm zumindest auf etwa +- 30% Unsicherheit abschätzen.

Insgesamt ist die Idee, glaube ich, im Moment mit den mir zur Verfügung stehenden Daten nur sehr spekulativ zu beantworten. Dazu muss ich erst mal herausfinden, in welcher Höhe welche Geschwindigkeit noch grade nicht zu gefährlicher thermischer Belastung führt und welche Bremswirkung der grösste technisch und aerodynamisch mögliche Fallschirm in einer solchen Höhe hat. Ich bin am suchen :)


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18.10.2012 um 17:49
@FZG
Zitat von FZGFZG schrieb:Baumgartner hat vor dem Start bekanntlich 2 Stunden reinen Sauerstoff geatmet, um der Gasbildung im Blut zu entgehen. Bei einem echten Notfall hat man dafür keine Zeit. Dieses "Pre-Breathing" führen die Besatzungsmitgliedder der ISS übrigens auch vor jedem Ausstieg aus.
Eines nach dem anderen :)
Auf ein Pre - Breathing könnte im Notfall wohl verzichtet werden, da dies ja nur bei einer explosiven Dekompression böse Folgen haben könnte (und wenn der Anzug in so einem Fall den Geist aufgibt, dann ist ohnehin alles gelaufen).
Zitat von FZGFZG schrieb:Der grösste Wissenschaftliche Nutzen des Projektes Stratos ist, dass dieses faszinierende Projekt interesse und etwas Wissen über die Atmosphäre unters Volk gebracht hat. Leute, die sich nicht für Raumfahrt interessieren haben in der Vorberichterstattung stundenlang Ulrich Walter zugehört und hoffentlich ist was davon hängengeblieben.
Ob dies der grösste Nutzen ist, weiss ich nicht, ein sehr großer Nutzen ist es auf jeden Fall, wobei ich noch den Effekt erwähnen möchte, dass durch die Übertragung das eine oder andere Kind seine Liebe zur Astronomie oder der Raumfahrt entdeckt und damit vielleicht ein zukünftiger Astronom oder Astronaut "geboren" wird.

Dass eine Rettung natürlich mit den verfügbaren Technischen Hilfen eine viel höhere Priorität und auch Wahrscheinlichkeit hat ist natürlich klar. So gesehen hat mein Gedankengang (fast) rein spekulativen Hintergrund. Unfälle, bei denen keine Rettungskapsel zur Verfügung steht, sind eigentlich nur auf dem Weg zur und von der Raumstation sowie im Fall eines (ebenfalls sehr unwahrscheinlichen) Zwischenfalls bei einem Außeneinsatz überhaupt denkbar.

Betrachte also bitte meine Überlegungen als reine, aber interessante (zumindest für mich) Gedanken - Spielerei :)


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18.10.2012 um 17:52
Zitat von ShortVisitShortVisit schrieb:Ich hab noch keine genügend genauen Daten, aber immerhin muss die ISS regelmäßig angehoben werden. Bremseffekt ist also, wenn auch recht gering, vorhanden.
Dieses Anheben ist etwa jeden Monat nötig, bei Bernd Leitenberg gibts eine Grafik dazu:

iss-height2010
http://www.bernd-leitenberger.de/iss-deorbitierung.shtml
Zitat von ShortVisitShortVisit schrieb:Für eine genauere Abschätzung brauche ich Masse und Oberfläche der ISS und den genauen Betrag um den sie abgebremst wird, dann könnte ich mit einer einfachen Rechnung die Werte für einen Astronauten am Fallschirm zumindest auf etwa +- 30% Unsicherheit abschätzen.
Die Solarzellen der ISS haben eine gesammtfläche von 4500 m²
Gesammtmasse der ISS sind 455 tonnen

Ich glaube angesichts dieser Daten kann man sich sparen zu überlegen, wie gross ein fallschirm sein müsste, um mit 1g einen Menschen mit 28.000 Km/h abzubremsen...

Satellitenabstürze beobachtete ich öfters "live" im Netz, deren Orbitalgeschwindigkeit ist in der letzten Phase auch bei 26.000 Km/h dann kreisen sie tagelang mit niedrigen Höhenverlust herum. Nähern sie sich der 100-Km-Grenze, geht´s dann ganz schnell bergab...

Das Shuttle senkte seine Orbitalgeschwindigkeit zum Landen nur um 300 km/h, ab da fällt es in einer kruve richtung Erde.

... ein abbremsen auf "sprunggeschwidnigkeit" aus der ISs mit Fallschirmen halte ich echt für unmöglich... Dazu bräuchte man Rakententriebsätze...

... da kann man gleich ne Rettungskapsel nehmen, oder?


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18.10.2012 um 18:23
@FZG

Ich habe jetzt mal ganz schnell überschlägig gerechnet:

Nochmal - das Ganze ist reine Gedankenspielerei, aber, um auf den wissenschaftlichen Wert im weitesten Sinn zu verweisen, diese Gedankenspielerei könnte vielleicht auch jemanden dazu bewegen, sich mit solchen Abschätzungen zu beschäftigen und dadurch ein besseres Verständnis für manche Vorgänge zu entwickeln. Und sei es nur, im mich zu widerlegen :D

Die ISS hat 455 000 Kg und rund 4500m² bremsende Fläche.

Nehmen wir den Astronauten samt Ausrüstung mit 200 Kg an und die bremsende Fläche ebenfalls mit 4500 m²

dann haben wir:

Verhältnis Masse der Station : Masse des Astronauten 2275 : 1
Die Station wird durch die Reibung pro Monat um ca 2 Km gesenkt
Bei gleicher Bremskraft braucht der Astronaut für die gleiche Absenkung
30 Tage / 2275 = 0,0131 Tage oder 18,9 Minuten und damit kommen wir schon in einen Bereich denkbarer Zahlen.

Das sind natürlich recht grobe Zahlen und die technische Machbarkeit eines solchen Schirms ist auch noch ein anderes Kapitel.


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18.10.2012 um 18:52
Eine andere Sache, damit das nicht in einen Monolog/Dialog ausartet.

Ist Euch aufgefallen, dass während des Aufstiegs die Steiggeschwindigkeit einmal sehr nahe an 0 herankam (0,2 m/sec wenn ich mich recht erinnere). Dann, als der Ballon die projektierte Höhe von etwas über 36 Km erreicht hatte, ging's plötzlich mit über 10 m/sec aufwärts.

Ganz so gleichförmig wie man naiverweise annehmen könnte ist die Stratosphäre also offensichtlich auch nicht.

Und noch eines - weiss jemand, wo die Auslass - Öffnungen für den Druckausgleich in der Kapsel angebracht waren? Schliesslich erzeugt das Ablassen des Drucks einen nicht vernachlässigbaren Rückstoss, ich konnte aber keine auffällige zusätzliche Bewegung der Kapsel beobachten..

Und zum dritten - ich wundere mich, dass der Ballon unten geschlossen war. Damit ist natürlich mit dem Aufstieg Schluss, sobald das Helium sich so weit ausgedehnt hat, dass der Ballon komplett gefüllt ist, weil dann der Druck steigt und daer Auftrieb daher sinkt. Und die "Reißleine" musste ja an der Oberseite angebracht sein damit der Ballon nach Betätigung derrselben wieder herunter kam und nicht auf nimmer wiedersehen im beinahe - Orbit verschwand, nachdem er von der Kapsel getrennt wurde.

So, Ihr seid dran :)


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18.10.2012 um 18:59
Guten Abend euch allen.

@ShortVisit
Danke für die Einladung ich bin begeistert. Genau mein Feierabend Thema :).




Das mit den Rettungssystemen war auch mein erster Gedanke. Ansich faszinierend dass ein Mensch schneller sein kann als der Schall. Der Kick muss wahnsinn gewesen sein. Ich bin ja fast ein bisschen neidisch :) .

Das der Ballon unten geschlossen war hat mich weniger gewundert. Ich glaube wäre er offen gewesen hätte ich sofort den Gedanken gehabt, das Helium kann sich da ja garnicht vernünftig ausdehnen.

Das die Steiggeschwindigkeit auf fast 0 war, war glaub ich zweimal der Fall. Wenn ich richtig aufgepaßt habe. Aber ich kann gern nochmal nachschauen :) Ich habs aufgenommen.

So und nun lese ich mich bei einem Feierabendkaffee richtig ein . Ich hoffe ich kann hier mit meinem kleinen Wissen eine Bereicherung für euch sein und noch viel Lernen :)

lg Butterfly


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18.10.2012 um 19:08
@Butterfly105

Du hast's aufgenommen??

*sabber*

Ist bei Deiner Aufnahme genau wie im Red Bull Stream auch die Windrose mit de Drift - Richtung und die Stoppuhr beim Sprung zu sehen?

Mich würden zwei Dinge wahnsinnig interessieren:

1) bei welcher Sekunde genau und bei welcher Geschwindigkeit und Höhe begann Baumgartner zu rotieren? und
2) in welcher Höhe waren die Auftriebs - Minima?

Mir die Aufnahme zu überspielen wird wohl nicht gehen... :(


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18.10.2012 um 19:25
hehe ich glaube nicht dass das geht. Ist ein Festplattenreciver da geht das glaube ich nicht. Wenn Du Dich bis morgen früh gedulden könntest , würde ich nachschauen. Gerade spielt mein Mann an unserem Tv und da ist schwer ranzukommen.

Ich nehme alles auf was wichtig, interessant und selten im Tv ist. Also dokutechnisch. Und da ich zur Mondlandung noch quark im Schaufenster war, mußte ich den stratos Sprung aufnehmen.

lg butterfly


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18.10.2012 um 19:39
@ShortVisit

Hat keine Eile - wenn's nicht geht, werde ich Dich um ein paar Daten bitten :)


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18.10.2012 um 19:48
wie gesagt morgen früh zeitig stell ich die News online. Sollte noch wer etwas wissen wollen. Ich bin gern bereit euch die Infos zu geben. Alternativ kann ich auch versuchen mit Handy ein kleines Video zu machen und das online zu stellen :)


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18.10.2012 um 19:49
Hi,

Sorry, ich hab nicht so viel Zeit zum ausgiebigen Diskutieren, aber 2 Kleinigkeiten hätte ich noch:

Die Russen haben schon gemeckert: http://www.heise.de/tp/artikel/37/37835/1.html
Moskauer Medien legen Wert auf die Feststellung, dass der sowjetische Testpilot Jewgeni Andrejew 1962 zehn Sekunden länger ohne Fallschirm zur Erde sauste als Felix Baumgartner
-TR

ps: mal was zum Schmunzeln:
(Achtung! Augenkrebs unausweichlich! Eine linguistische Überladung ist auch wahrscheinlich. )

http://www.weltraumzeppelin.de/ (Archiv-Version vom 19.07.2013) :D


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18.10.2012 um 19:58
@Total_Recall

Lockert die Diskussion etwas auf und der Weltraum - Zeppelin stammt wohl von einer Unterabteilung der Keshe - Foundation :D

Aber lassen wir es dabei, sonst entgleist der Thread.


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18.10.2012 um 20:10
wißt ihr was mich bei aller Wissenschaft echt mal interesieren würde?? Wie sich das anfühlt so schnell zu fallen. Dass muss ja ein Rausch sein der mit nichts zu vergleichen ist. Oder?


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18.10.2012 um 20:13
Zitat von Butterfly105Butterfly105 schrieb:Das die Steiggeschwindigkeit auf fast 0 war, war glaub ich zweimal der Fall. Wenn ich richtig aufgepaßt habe. Aber ich kann gern nochmal nachschauen :) Ich habs aufgenommen.
Ein tag später in der Nachbearbeitung bei ServusTV (Dem Sender von Redbull) wurde das geklärt. Man hat am Ballon ein Ventil geöffnet, damit der Ballon nicht über 39 KM Höhe steigt und evtl noch platzt. Das Ventil konnte nur geöffnet/geschlossen, nicht "geregelt" werden, deswegen dieses seltsame auf & ab am Ende des Steigfluges, das wärend der Übertragung nicht erklärt wurde...
Zitat von ShortVisitShortVisit schrieb:ich wundere mich, dass der Ballon unten geschlossen war.
Ist bei Helimballons üblich, man will ja nicht, dass sich das Helium mit Luft vermischt. Nur bei Heissluftballons muss unten eine öffnung sein, durch die man die Luft erhitzen kann.

Es gibt dutzende Videos von unbemannten Heliumballonstarts, die Amateurfunker machen das z.B. regelmässig.
Zitat von Butterfly105Butterfly105 schrieb:hehe ich glaube nicht dass das geht. Ist ein Festplattenreciver da geht das glaube ich nicht.
Die Shareware "DVR-Studio" kann die Receiveraufnahmen in standardformate wandeln, die ist auf die Formate der Receiver angepasst. Shareware, 30 Tage lang kann man die Software schrankenlos benutzen, danach weigert sie sich zu funktionieren, bis man bezahlt


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