Gasballon

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Ein Transportballon in der Cargolifter-Werfthalle

Der Gasballon ist ein Ballon, der aus einer dünnen, gasdichten Hülle wie zum Beispiel Latex oder Seidengewebe mit Gummihaut besteht. Er wird mit einem Gas gefüllt, das eine geringere Dichte als die ihn umgebende Luft besitzt und somit zu einem Auftrieb führt. Für dieses so genannte Traggas kommen hauptsächlich Wasserstoff (H₂) und Helium (He) in Frage, wobei Helium bevorzugt wird, da es das leichteste Edelgas und nicht brennbar ist.

[Bearbeiten] Gasfüllung

Wasserstoff-Gas ist nur halb so dicht wie Helium-Gas und erzeugt daher mehr Auftrieb. Ein wasserstoffgefüllter Ballon kann daher mehr Nutzlast im Vergleich zu einem heliumgefüllten Ballon gleicher Größe tragen. Der große Nachteil von Wasserstoff ist, dass es mit dem Sauerstoff in der Luft verbrennt, was schon mehrfach in der Geschichte der Luftfahrt zu schweren Bränden geführt hat. Der Nachteil des ungefährlichen Heliums ist neben dem geringeren Auftrieb der hohe Preis. Die meisten unbemannten Ballone, wie zum Beispiel die vielen täglichen Wetterballone, werden daher in Deutschland mit H₂ als Traggas betrieben. Gasballon-Startplätze befinden sich meist dort, wo Wasserstoff in ausreichender Menge zur Verfügung steht und Gasballone kostengünstig gefüllt werden können. Hierzu zählen vor allem chemische Werke wie in Augsburg, Bitterfeld, Burgkirchen, Ibbenbüren und Marl. Startgelände Düsseldorf-Eller zählt ebenso dazu, aufgrund einer Wasserstoff-Pipeline, die von Marl nach Düsseldorf verläuft, um den dort ansässigen Unternehmen eine preiswerte Versorgung mit Wasserstoff zu gewähren.

Kleine Ballons (Werbe- und Spielzeugballons) füllt man einfach mit der Helium-Flasche, was auch bei Veranstaltungen im Freien leicht möglich ist. Früher wurde dafür auch Stadt- bzw. Leuchtgas verwendet. Wird ein Ballon nur mit Druckluft gefüllt entwickelt er keinen Auftrieb und sinkt zu Boden. Heute ist es nicht mehr zulässig, Kinderballons mit brennbarem Gas zu füllen. Häufig wird das sogenannte "Ballongas" verwendet, das aber keine eigene Gasart ist, sondern Helium geringer Reinheit.

[Bearbeiten] Größe, Tragkraft und Steighöhe

Die Tragkraft eines Gasballons hängt vor allem von seinem Volumen und Startgewicht ab (Ballonhülle plus Nutzlast). Die Hülle kleiner Forschungsballons und Radiosonden wiegen zwischen 0,1 kg und einigen kg, die Nutzlasten von etwa 0,2 kg aufwärts. Bei einer gewichtslosen Hülle wäre der Auftrieb nur von der Differenz der Gasdichte außen/innen abhängig. Für Luft beträgt sie unter Atmosphärendruck etwa 1,16 bis 1,34 kg/m³ (bei -10° bzw. +30° Lufttemperatur), für das Traggas etwa 0,08 bis 0,20 kg/m³ (H₂ bzw. He im selben Temperaturbereich). Damit könnte jeder Kubikmeter Ballon bis zu 1 kg emportragen - umso schneller (ascent rate), je weniger die Nutzlast beträgt.

Die maximale Steighöhe hängt also vor allem von der Ballongröße ab, zusätzlich aber von der Festigkeit und Elastizität der Ballonhülle - die sich mit sinkendem Luftdruck auf das 5- bis 100-fache Volumen ausdehnt - und dem vertikalen Temperaturprofil der Atmosphäre. Ein Kinder-Luftballon hat nur eine Steighöhe im km-Bereich (?) und eine Steigrate von etwa 2 m/sec, während die Gipfelhöhe von Forschungs- und Wetterballons oft über 30 km beträgt. Ein guter 800g-Ballon platzt erst in 33 km Höhe, wo der Luftdruck nur mehr etwa 1% des Bodendrucks beträgt. Dabei hat er sich auf den 4- bis 5-fachen Durchmesser (etwa 10m) ausgedehnt und ist Dutzende km weit sichtbar. Vom abendlichen Sonnenlicht beschienen, sind solche Flugkörper dann oft die Quelle für UFO-Meldungen.

Ein meteorologischer Ballon hat neben der Kapsel mit den Messinstrumenten und dem Telemetrie-Sender meist auch einen kleinen Fallschirm und Reflektoren zur optischen Vermessung vom Boden aus; auch kleine GPS-Empfänger finden zunehmend Verwendung. Um eine genügende Steigrate zu erzielen, muss daher das Verhältnis Nutzlast zu Ballongröße bzw. Füllung optimiert werden. Ein Auftrieb von 0,5 kg ergibt Steigraten von 150 bis 300 Meter pro Minute.

[Bearbeiten] Ballontypen und Einsatzspektrum

Große Gasballone werden vor allem als Wetterballon eingesetzt, bisweilen auch in der Photogrammetrie und Archäologie zur Herstellung von Luftbildern aus niedriger Höhe. In beiden Einsatzbereichen sind Ballongrößen von 1m aufwärts üblich. Kleinere Ballone sind ein häufiges Kinderspielzeug (siehe "Luftballon"). Gratis verteilt und mit Aufdruck versehen, sind diese Ballone ein beliebter Werbeträger, z.B. für Parteien vor Parlamentswahlen.

In der Schweiz wurde ein Gasballon eingesetzt, um eine Mobilfunkantenne etwa 21 km über der Schweiz zu positionieren.[1]

Es gab auch Versuche, Ballone als Transportmittel oder Kran einzusetzen. So baute die Cargolifter AG den Kranballon CL75 für Lasten bis zu 75 Tonnen. Es gibt jedoch auch Fesselballone die zu touristischen Zwecken eingesetzt werden, wie zum Beispiel der HiFlyer in Berlin über dem Potsdamer Platz („Sat 1 Ballon“).

Zum Personentransport sind sie jedoch aus Kostengründen den Heißluftballonen unterlegen. Allerdings können Gasballone bis zu vier Tage ununterbrochen in der Luft sein, gängige Heißluftballone aber nur, je nach Brennstoffvorrat, maximal einige Stunden. Gasballone fahren zudem völlig lautlos.
An einem Netz von Seilen hängt hierbei die Gondel für Passagiere. Soll der Ballon sinken, so lässt man etwas Gas entweichen, soll er steigen, wirft man mit Hilfe einer kleinen Schaufel Ballast in Form von Sand ab. Von Heißluftballonen sind Gasballone leicht durch ihre Kugelform zu unterscheiden.

Ein Prallluftschiff ist ein länglich geformter Gasballon mit Antrieb und Steuerflächen. Andere Luftschiffe besitzen oft zusätzliche Tragstrukturen und/oder mehrere Gaszellen.

[Bearbeiten] Ballonsport

Wie auch beim Heißluftballon gibt es Wettbewerbe im Gasballonfahren bis hin zur Weltmeisterschaft. Dabei geht es zumeist darum, Ziele mit größtmöglicher Genauigkeit zu erreichen. Aufgrund der längeren Fahrtdauer sind die Distanzen allerdings wesentlich größer als bei entsprechenden Heißluftballonwettbewerben und können durchaus mehrere hundert Kilometer betragen. Ein vollkommen anderer Typ von Wettbewerb ist das Gordon-Bennett-Rennen, bei dem es darum geht, die größtmögliche Distanz zurückzulegen. Die Teilnehmer dieses Rennens sind meist mehrere Tage in der Luft und legen häufig Distanzen von weit über tausend Kilometern zurück.