Am heutigen Freitag, dem letzten Schultag vor den Pfingstferien, stand unser AG-Termin ganz im Zeichen der Vorbereitung des bevorstehenden Starts unserer Phoenix-Nutzlast. Erwartungsgemäß waren bereits einige Mitglieder in die Ferien gestartet, während die Schülerinnen und Schüler der 12. Klasse weiterhin mitten in den Abiturprüfungen stecken.
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| Fehlersuche in der Energieversorgung |
Sarah und Miriam widmeten sich mit großer Geduld und viel Fingerspitzengefühl der zweiten Backup-Nutzlast Phoenix LTS-03. Trotz intensiver Sonneneinstrahlung verweigerte der Tracker zunächst hartnäckig den Startvorgang. Nach längerer Fehlersuche konnte schließlich die Ursache gefunden werden: ein nur unzureichend verlötetes Verbindungskabel. Die extrem feinen, lediglich 0,25 mm dünnen lackierten Kupferdrähte sind ausgesprochen empfindlich – von den fragilen Solarzellen ganz zu schweigen. Nur in einem sehr kleinen Temperaturfenster von etwa 200 °C verflüssigt sich die Lötpaste optimal, ohne dass die empfindlichen Metallkontakte der Solarzellen beschädigt oder gar verdampft werden. Anschließend müssen die Solarzellen vorsichtig mit elastischem Holzkaltleim auf den Styrodurträger geklebt werden. Der flexible Kleber gleicht später die erheblichen Temperaturunterschiede bis hinauf zur Tropopause zuverlässig aus.
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| Fehler gefunden - LTS-03 startbereit |
Zunächst wurde die Gesamtmasse des Systems aus Ballon, Tracker, Antenne und Befestigung mit etwa 54,5 Gramm bestimmt. Für die angestrebte Float-Höhe von rund 13 Kilometern kalkulierten wir zusätzlich einen sogenannten „Necklift“ von 7 Gramm ein. Insgesamt mussten also etwa 61,5 Gramm Auftrieb erzeugt werden – das entspricht ungefähr 62 Litern Helium.
Die exakte Befüllung erwies sich dabei als anspruchsvoller als
zunächst erwartet. Zur präzisen Bestimmung des Auftriebs kam eine
Präzisionswaage zum Einsatz, die nach dem Nullabgleich den
geforderten Auftrieb von minus 19,5 Gramm anzeigen musste. Dabei
lernten Raphael und Till nicht nur den sicheren Umgang mit der
Füllgarnitur, sondern auch wichtige Sicherheitsregeln im Umgang mit
200-Bar-Druckgasflaschen kennen. Am Ende lag der tatsächliche
Auftrieb mit etwa 25 Gramm zwar noch deutlich über dem Sollwert,
dennoch konnten wertvolle praktische Erfahrungen gesammelt werden.
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| Dehnen der Ballonhülle |
In der amerikanischen Pico-Ballon-Szene hat sich für dieses Stretching ein Innendruck von etwa 0,5 psi (pound per square inch) etabliert. Das entspricht rund 34,5 mbar beziehungsweise einer Wassersäule von 34,5 Zentimetern. Mithilfe einer Aquariumpumpe, geeigneter Ventile und eines digitalen Druckmanometers wurde der 32-Zoll-Ballon exakt auf diesen Wert aufgepumpt und anschließend verschlossen. Nun bleibt er für etwa eine Woche im Vorbereitungsraum, um sich vollständig zu dehnen.
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| Zu viel Auftrieb, Soll -19,5g |
Alles in allem war dieser AG-Termin erneut ein voller Erfolg. Beide Tracker sind einsatzbereit und senden zuverlässig WSPR-Signale im 20-Meter-Band. Das Ballonfüllteam konnte wichtige praktische Erfahrungen im Umgang mit den besonderen Folienballons sammeln, und auch die entscheidende Vorbereitung der Ballons durch das Stretching wurde erfolgreich abgeschlossen.
Damit steht dem nächsten geeigneten Startfenster für unseren Phoenix LTS-03 nichts mehr im Wege.
Jens Home
Leiter DK0LG
Balloon Experiments in Preparation for Launch – Phoenix LTS-03
This Friday, the last school day before the Whitsun holidays, our working group session focused entirely on preparing for the upcoming launch of our Phoenix payload. As expected, several students had already left for their holidays, while the members of the 12th grade are still busy with their final Abitur exams.
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| Troubleshooting the power supply system |
Sarah and Miriam dedicated themselves with great patience and care to the second backup payload, Phoenix LTS-03. Despite strong sunlight, the tracker initially refused to boot. After an extensive troubleshooting session, the problem was finally identified: a poorly soldered connection wire. The extremely delicate enamel-coated copper wires, only 0.25 mm in diameter, are highly sensitive — not to mention the fragile solar cells themselves. The solder paste only flows correctly within a very narrow temperature window of around 200 °C, while at the same time the sensitive metal contacts of the solar cells must not overheat or evaporate. Afterwards, the solar cells have to be carefully attached to the Styrodur support structure using flexible wood glue. Once cured, the adhesive remains elastic enough to compensate for the severe temperature changes encountered all the way up to the tropopause.
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| Problem solved — LTS-03 ready for launch |
Meanwhile, Till and Raphael focused on the correct filling procedure for the foil balloon. Achieving the exact amount of lift is critical for a successful mission. If too much gas is filled into the balloon, it may burst before reaching the intended float altitude, resulting in the loss of the payload. If the lift is too low, the balloon may already begin floating in the lower troposphere, where storms and turbulent weather conditions could damage or destroy it.
First, the total mass of the system — including balloon, tracker, antenna, and mounting hardware — was measured at approximately 54.5 grams. For the desired float altitude of around 13 kilometers, we calculated an additional neck lift of 7 grams. This resulted in a required total lift of approximately 61.5 grams, corresponding to roughly 62 liters of helium.
Achieving this precise filling level turned out to be more challenging than expected. A precision scale was used to determine the exact lift force. After zero calibration, the scale had to indicate minus 19.5 grams, representing the combined payload weight and required neck lift. During this process, Raphael and Till learned not only the correct handling of the filling equipment, but also important safety procedures when working with 200-bar compressed gas cylinders. In the end, the achieved lift was still about 25 grams too high, but the session provided valuable practical experience.
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| Stretching the balloon envelope |
The newcomers to the group, Bennie and Constantin, were assigned the task of stretching the reserve balloons. Freshly manufactured foil balloons are often partially stuck together and still retain internal stresses from the production process. By carefully inflating them with air, the foil material is stretched so the balloon can later reach its optimal volume. This stretching process not only improves the achievable altitude, but also helps identify possible manufacturing defects at an early stage.
Within the American pico-balloon community, an internal pressure of about 0.5 psi (pounds per square inch) has become the standard for balloon stretching. This corresponds to approximately 34.5 mbar, or a water column of 34.5 centimeters. Using an aquarium pump, suitable valves, and a digital pressure gauge, the 32-inch balloon was inflated precisely to this value and then sealed. It will now remain in the preparation room for about a week to complete the stretching process.
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| Too much lift |
All in all, this working group session was once again a great success. Both trackers are fully operational and reliably transmitting WSPR signals on the 20-meter band. The balloon filling team gained valuable hands-on experience with these rather unusual foil balloons, and the important balloon preparation process — stretching — was also successfully completed.
This means we are now ready to take advantage of the next suitable launch window for our Phoenix LTS-03 mission.
Jens Home
Head of DK0LG
