Auf ins Ozonloch!

5. November 2013, 18:40
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Eine spezielle Thermik über den Anden soll einen Segelflieger 2015 in stratosphärische Höhen bringen - Das zumindest ist der Plan eines wagemutigen Projekts von US-Ingenieuren - In rund 35 Kilometer Höhe wollen sie dann Proben aus der Ozonschicht nehmen

Die Ozonschicht ist der Schutzschild des Planeten. Sie bewahrt die Menschen vor schädlichen kurzwelligen ultravioletten Strahlen der Sonne. Doch durch Fluorchlorkohlenwasserstoff und andere halogenhaltige Stoffe wird die Ozonschicht massiv angegriffen.

1985 entdeckten Wissenschafter über der Antarktis ein Ozonloch. An der Neumayer-III-Station messen seitdem deutsche Forscher die Ozonwerte über der Antarktis. Dazu lassen sie jede Woche eine Ozonsonde, eine Art Ballon, in 35 Kilometer Höhe aufsteigen. Doch die Wissenschaft will noch höher hinaus: Mit einem Segelflieger, der mitten ins Ozonloch fliegen soll.

Der Segelflieger soll nach Angaben der Ingenieure ohne Motor nur mit natürlichen atmosphärischen Aufwinden in die Höhe aufsteigen. Der erste Testflug ist für August 2015 angesetzt. Mit einem Frachter soll der Segler nach El Calafate in Argentinien gebracht werden, wo die rauen Winde des Pazifiks auf die Anden treffen. Auf der dem Wind abgewandten Seite (Lee) treten Wellen auf, welche die Luft regelrecht aufwirbeln.

Aufwinde und Polar vortex

Die Aufwinde, die Geschwindigkeiten von bis zu zehn Metern pro Sekunde erreichen, bieten dem Segelflugzeug eine Möglichkeit, an Höhe zu gewinnen. Ein einmotoriges Flugzeug soll den Segler auf eine Höhe von 3000 Metern schleppen, wo die Leewellen am stärksten sind. In 20.000 Metern Höhe, wo die Leewellen sich abschwächen, soll der Segelflieger von einem weiteren Wetterphänomen profitieren: dem Polar vortex.

Dabei handelt es sich um Winde, die wie ein Zyklon für Auftrieb sorgen. Wenn der Segelflieger diesen Wirbel erwischt, so das Kalkül der Ingenieure, kann er in weitere Höhen emporsteigen, zuerst in die Perlan-Wolken - Perlan ist isländisch für Perle, weil die Wolken im Sonnenlicht glitzern - und dann in das Ozonloch.

Das Ziel von 30.000 Metern ist ambitioniert und wäre neuer Rekord. Der alte, den Perlan I im August 2006 aufstellte, liegt bei rund 17.000 Metern. Felix Baumgartner flog mit einem Ballon auf knapp 39.000 Meter - doch ein Ballon ist im Ozonloch schwer zu navigieren.

Um das Ziel zu verwirklichen, greifen die Entwickler tief in die Tasche. Das Nachfolgemodell Perlan II soll umgerechnet rund sechs Millionen Euro kosten. Finanziert wird es von privaten Investoren wie dem Millionär Dennis Tito, der schon für 20 Millionen Dollar ins Weltall auf die Raumstation ISS flog.

Das Design des Seglers ist ein Kompromiss zwischen Leistungsfähigkeit und Sicherheit. Die langen Flügel haben einen geringen Abstand zwischen den Landeklappen und der Kippnase, also den Modulen, die für das Auf und Ab verantwortlich sind. Für Flugzeuge ohne Motoren ist das wichtig, weil dadurch ein geringerer Widerstand erreicht wird. Doch je länger die Flügel werden, desto größer wird die Spannung und damit auch die Belastung in der Luft. In diesem Fall bedürfen die Tragflächen eines verwindungssteifen Holms, der die Dicke des Flügels erhöht. Und je dicker der Flügel wird, desto schwerer durchschneiden sie die Luft. Eine Gratwanderung.

Zwei Piloten sollen an Bord sein beim Jungfernflug 2015. Schon auf 17.000 Meter ist der Luftdruck so niedrig, dass ein Pilot kaum noch ausatmen kann, selbst mit einer Sauerstoffmaske. Es braucht also Druckanzüge, die aber eigentlich nicht ins knapp bemessene Cockpit passen.

Die Herausforderung für das Flugzeug besteht darin, gerade so schnell zu fliegen, dass es steigt. Wenig Widerstand, hoher Auftrieb, lautet die knappe Formel, mit der der Segler sich in stratosphärische Höhen schrauben soll. Die Ingenieure haben berechnet, dass die Geschwindigkeit bei 74 Stundenkilometern liegt. Es ist aber eine komplizierte Rechnung für die Ingenieure mit vielen Variablen und ebenso vielen Unbekannten.

Die Stratosphäre ist für Klimaforscher relativ unbekannt - es ist ein kaum kartografiertes Gebiet. In der Schicht spielen sich für die Forscher äußert interessante Prozesse ab. Denn in der Stratosphäre spaltet die Sonne Ozon-Moleküle, die aus drei Sauerstoffatomen bestehen - und bannt somit die Gefahr für die Bewohner am Boden. Das Treibhausgas ist eigentlich hochgiftig. Es ist Hauptbestandteil des Sommersmogs.

Ein fragiles Gleichgewicht

Zwar ist der Ausstoß von FCKW mittlerweile in fast allen Ländern der Erde untersagt. Doch die Emissionen haben Langzeitschäden verursacht. Sauerstoffatome, die eine Bindung mit Fluor oder Chlor eingehen, bleiben für 50 Jahre gebunden - und sind damit nicht für die Ozonschicht verfügbar. Es ist ein fragiles Gleichgewicht.

Perlan II könnte bei seinem Flug einige Proben nehmen und mit Laserstrahlen die Konzentration der Chemikalien messen. Der Segler könnte auch Daten liefern, wie sich die Luft in der stratosphärischen Höhe mischt, ein Phänomen, das für das Verständnis des Wärmehaushalts auf der Erde essenziell ist. (Adrian Lobe, DER STANDARD, 6.11.2013)

  • Statt mit einem Ballon wollen US-Ingenieure segelnd die Stratosphäre erreichen. Und anders als Felix Baumgartner geht es ihnen wirklich um Forschung.
    foto: perlanproject.org

    Statt mit einem Ballon wollen US-Ingenieure segelnd die Stratosphäre erreichen. Und anders als Felix Baumgartner geht es ihnen wirklich um Forschung.

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