„Rocket Science“ am Marianum
Von S. Voß, 21.06.2019
Die sprichwörtlich schwierige Raketenwissenschaft konnte den Wahlpflichtkurs Arduino im Jahrgang 10 des Gymnasiums Marianum Meppen nicht abschrecken – ganz im Gegenteil weckten die aktuellen Fortschritte im Bereich der Weltraumforschung und -technik wie zum Beispiel die wiederverwendbaren Raketen von SpaceX große Faszination.
Da traf es sich gut, dass das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) eine Anleitung anbietet, wie man eine Wasserrakete mit einem Mikrocontroller bestücken kann, der während des Flugs Daten zur Beschleunigung, zum Luftdruck und zur Temperatur aufnimmt. Eine sichere Landung der empfindlichen Elektronik wird durch einen Fallschirm gesichert, der automatisch geöffnet wird, sobald die Rakete sich im Sinkflug befindet. Zusätzlich kann eine kleine Kamera angebracht werden, die während des Flugs das Verhalten einer Luftblase bei verschiedenen Beschleunigungen filmt – insbesondere ist es kurzzeitig möglich die Luftblase wie im Weltraum bei annähernder Schwerelosigkeit zu filmen.
Nach einem ganzen Schuljahr, in dem wir uns mit der Programmierung und Verschaltung des Mikrocontrollers Arduino beschäftigten, waren alle Grundlagen zu diesem Projekt gelegt. Die Wasserrakete war mit der beiliegenden Anleitung schnell aufgebaut. Etwas schwieriger war schon die Bestückung des 3D-gedruckten Gehäuses mit den elektronischen Komponenten und das Anbringen des Fallschirms. Erste „Trockentests“ zur Funktionsweise des Fallschirms versprachen jedoch die teure Elektronik sicher wieder zu Boden bringen zu können. Als wirklich anspruchsvoll erwies sich dagegen das Aufspielen des Programms auf den Mikrocontroller, das durch den besonderen Einsatz von Max von Herz schließlich realisiert werden konnte.
Der Start der Rakete erfolgte schließlich bei bestem Wetter an einem warmen Morgen im Schulgarten. Natürlich musste die zulässige Grenze für den Druck, der die Flasche antreibt, ausgereizt werden. Es folgte ein kurzer, aber faszinierender Flug, der von vielen Handykameras festgehalten wurde. Leider öffnete sich der Fallschirm jedoch nicht wie geplant, sodass die Rakete auf dem weichen Kunststoffkopf aufprallte und auseinanderflog – allerdings ohne, dass etwas kaputt ging. Auf der SD-Karte fand sich infolgedessen eine Log-Datei, die insbesondere die Beschleunigungsdaten enthielt, die eindeutig die Startphase und die Freiflugphase anzeigen. Leider ist die kurze Beschleunigungsphase nur zu erahnen. Die weiteren Daten zeigen, dass ein Luftdruck von 1016 hPa und eine Temperatur von 27 °C herrschte.
Das Filmen der Luftblase mit einer zusätzlichen kleinen Kamera funktionierte ebenfalls, allerdings ist die Aufnahme noch recht verschwommen und schlecht ausgerichtet. Raketenwissenschaft ist eben immer schwierig und es funktioniert selten alles beim ersten Versuch. In unserem Fall waren in jedem Fall brauchbare Teilergebnisse erzielt und eine Menge Faszination geweckt worden. Die Versuche, den Flug der Wasserrakete mit dem Mikrocontroller präzise zu vermessen, werden jedenfalls weitergehen.