Relais in knapp 19 Kilometern Höhe bietet erstaunliche Reichweiten
Der Ortsverband Markgräflerland A47 des Deutschen Amateur-Radio-Clubs (DARC) hat am letzten Samstag im Mai einen Wetterballon steigen lassen. Mit an Bord war unter anderem ein Funkrelais beziehungsweise ein Crossband-Repeater. Dieser ermöglichte in rund 18,7 Kilometern Höhe über dem Schwarzwald erstaunliche Reichweiten. Zum Vergleich das normalerweise auf dem 70-Zentimerter-Band (UHF) arbeitende Relais DB0DB des Ortsverbands auf dem Blauen liegt gerade einmal 1065 Meter hoch.
Herausforderung und Ziel war eine Ballonmission mit möglichst geringen Mitteln und Kosten umzusetzen und ein Funkrelais in die Luft zu bringen. Dabei konnte man auf die Erfahrungen beim Ballonexperiment während der Landesgartenschau (LGS) 2022 in Neuenburg zurückgreifen. Die Funkamateure aus dem Markgräflerland setzten auf einen Low Budget Ballon vom Typ Stratoflight 200. Dieser trägt offiziell eine Nutzlast von bis zu 200 Gramm und wird in der Regel mit 500 Litern Helium-Gas gefüllt. Die Nutzlasten wurden mit 300 Gramm bestehend aus zwei Sonden, Fallschirm, Leinen und Antenne wurde bewusst überschritten. Außerdem wurde der Ballon mit 100 Litern mehr befüllt als empfohlen. Hierdurch stieg der Ballon relativ langsam auf und die Zeit bis zum Platzen des Ballons hat sich deutlich verlängert. Dadurch stand der Crossband-Repeater einen längeren Zeitraum für den Funkbetrieb zur Verfügung. Amateurfunk ist experimentell, also war es sportlich und spannend dieses Projekt mit einem optimierten Kosten-Nutzen-Ansatz in die Luft zu bringen.
Die Fahrtstrecke
Der kleine Ballon stieg gegen 11 Uhr bei Merdingen in die Luft, überquerte trotz seiner schweren Last den Schwarzwald in etwa über dem Höllental. Nach dem Platzen in 18,7 Kilometern Höhe landete der Ballon etwa drei Stunden später in Engen im Ortsteil Zimmerhof (Landkreis Konstanz) auf einer Wiese.
Etwa drei Stunden lang wurden Funkverbindungen in Deutschland ermöglicht. Der Crossband-Repeater wurde unter anderem auch in Dresden gehört. Der kleine Ballon flog trotz seiner schweren Last gut über den Schwarzwald und landete kurz vor dem Bodensee auf einer Wiese. Örtliche Funkamateure waren pünktlich zur Bergung auf einer Wiese am Ort der Landung.
Normalerweise werden für solche Missionen Stratoflight 800 Ballone welche für 800 Gramm Nutzlast ausgelegt sind und entsprechend Reserve haben jedoch auch 2200 Liter Helium benötigten verwendet. Dies erhöht die Kosten jedoch um das Fünffache. Wird in einen 800er Ballon zu wenig Helium gefüllt, führt das dazu das der Ballon sich nicht voll ausdehnt. Er würde mehrere 1000 Kilometer weit fliegen weil er nicht platzen kann. Ziel war es einen Flug zu berechnen der einerseits genug Steigfähigkeit hat um über den Schwarzwald zu kommen und andererseits nur so weit fährt das der Ballon von regionalen Funkamateuren geborgen werden kann.
Die Nutzlasten
An Sendetechnik wurde eine recycelte Wettersonde vom Typ RS41 verwendet welche von Frank Ganter (DG2GG) umprogrammiert wurde, um sie mit der Amateurfunk-Software Horus 4FSK zu betreiben. Gesendet wurde unter anderem die GPS-Position des Wetterballons und Telemetriedaten wie die Temperatur und der Batteriestatus.
Was ist Horus?
Horus ist ein empfindliches Protokoll und für Ballon-Missionen wegen der geringen Sendeleistung von 25 Milliwatt besser geeignet als APRS. Horus verwendet ein 4-FSK Protokoll mit 100 Baud/Zeichen pro Minute und sendet auf USB 434.714 USB und 437.600 MHz USB. Die Frequenzen werden von zahlreichen Empfängern in Europa permanent auf Ballone abgehören. Die Positionsdaten, Wetterdaten und technische Parameter der Sonden werden an amateur.sondehub gesendet. Dort gibt es eine Flugkarte mit Live-Landepunkt-Berechnung und umfangreicher grafischer Telemetrie-Aufbereitung zu sehen.
Der Crossband-Repeater
Als Funkrelais wurde ein Crossband-Repeater verwendet, der von Sascha Blümle (DH2SE) entwickelt wurde. Das Relais empfing die zahlreichen Funkgespräche auf einer Frequenz von 144 MHz auf sendete den Funkverkehr gleichzeitig auf 432 MHz aus. Parallel dazu wurden die Positionsdaten des Ballons auch über APRS übertragen.
Der Repeater besteht aus einem VHF-Transceiver-Modul vom Typ DRA818V (144 MHz) und einem UHF-Transceiver-Modul vom Typ DRA818U (432 MHz). Aufgebaut auf Lochraster-Platine, unterlegt mit Kupferfolie als Groundplane. RX- und TX-Teil sind galvanisch voneinander getrennt. PTT getrennt über Optokoppler. Audio getrennt über RL-Tiefpass. UHF-Teil Spannungsversorgung mit dreiAAA Lithium Primärzellen. VHF-Teil LiPo Akku-Pack 3,7V, 700mAh. TX-Filter PLP-450 zur Unterdrückung von ungewollten Aussendungen. RX-Tiefpassfilter 2. Ordnung Eigenbau. RX-Antenne als J-Antenne Eigenbau nach Rothammel, Steifenantenne aus Kupferband, Impedanz 50 Ohm. Experimentelle Koax-Speisung aus 1,5 Meter langem RG174 zur räumlichen Trennung vom TX, aufgezogen auf einen Streifen aus Syrodur, das RG174 wurde gegen Verdrehen mechanisch verstärkt durch eine Art „Leiterkonstruktion“ aus Schaschlik-Spießen und dünnem Kupferlackdraht. 70 ZentimeterSendeantenne Monopol-Groundplane aus Kupferdraht. Materialkosten ca. 60 Euro (Neuteile).
Optimierungspotential: Gewichtsersparnis durch Änderung der Konstruktion der Antenne. Weglassen von SMA-Verbindern, Reduzierung des Gewichtes der Stabilisierungskonstruktion für die RX-Antenne.
Vorbereitung
Rawan Werner (DF7RW) kümmerte sich im Vorfeld um die Planung der Ballofahrt, inklusive der Genehmigung durch das Luftfahrtbundesamt beziehungsweise der Flugaufsichtsbehörde beim Regierungspräsidium. Die Funkamateure Stephan Denzer (DH0GDE) und Oskar Preg (DG6GU) haben eine Horus-Empfangsstation aufgebaut und spielten die Daten ins Internet. Ebenso Tobias Holzreiter (DL/HB9GVB) der seinen Empfänger beim Field Day der Freien Funker Hochrhein in Bergalingen auf 860 Metern Höhe aufgebaut. Michael Bognowski (DO2MIB) hatte Empfänger für APRS und Horus in Weil am Rhein aufgebaut.
Große Reichweite
Die Horus-Aussendungen des Wetterballons waren unter anderem im Norden in der Nähe von Osnabrück aber auch in Frankreich südlich von Dijon, der Westschweiz, im Tessin und in Österreich zu empfangen.
Frühere Projekte
Zuletzt hat der A47 Markgräflerland während der Landesgartenschau in Neuenburg am Rhein einen Ballon gestartet, der bis nach Zürich geflogen ist. Hier geht es zum Bericht: Von Neuenburg nach Hittnau (Schweiz)
Nächster Start am Samstag, 2. August
Für Samstag, 2. August, ab 11 Uhr (0900 Z) ist ein weiterer Ballonstart geplant. Als Nutzlasten sind wieder vorgesehen ein Sender für Positions- und Wetterdaten mit dem Horus-Protokoll auf auf USB 434.714 USB und 437.600 MHz USB im Wechsel sowie ein Crossband-Repeater (FM 2 Meter/70 Zentimeter). Die Eingabefrequenz ist auf 144,675 (MHz) mit 100 Hz Subton und die Ausgabefrequenz auf 432,775 Mhz.
Weitere Infos dazu demnächst auf im Baden-, Württemberg- und Deutschland-Rundspruch.