Heißluftballon

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Innenansicht eines Heißluftballons.

Der Heißluftballon ist ein Luftfahrzeug nach dem Prinzip „Leichter als Luft“. Im Gegensatz zum Gasballon wird die Gewichtsreduzierung dadurch erreicht, dass ein großes Luftvolumen erwärmt wird, wodurch sich sein spezifisches Gewicht reduziert. Der Gewichtsverlust des erwärmten Luftvolumens entspricht dem Gesamtgewicht des Ballons (Ballonhülle und Nutzlast).

[Bearbeiten] Geschichte

Der Heißluftballon ist, abgesehen vom Fesseldrachen, das älteste Luftfahrzeug des Menschen. Er wurde nach heutigem Wissen von den Brüdern Joseph Michel und Jacques Etienne Montgolfier erfunden. Aus der Beobachtung, dass Rauch nach oben steigt, schlossen sie, dass dieser, in einem leichten Behälter verpackt, den gesamten Behälter nach oben ziehen müsste. Dabei gingen sie irrtümlich davon aus, ein neues, leichtes Gas entdeckt zu haben.

Die erste Ballonfahrt fand am 4. oder 5. Juni 1783 statt, Menschen waren nicht an Bord. Die zweite Fahrt fand am 19. September in Versailles statt. Weil man der Sache aber noch nicht richtig traute, und auch noch nichts über das „Luftmeer“ wusste, zog man es vor, statt Menschen drei Tiere, nämlich einen Hahn, eine Ente und einen Hammel zu befördern. Die ersten Ballonfahrer in der Menschheitsgeschichte waren Jean-François Pilâtre de Rozier und der Gardeoffizier François d'Arlandes, die am 21. November 1783 aus dem Garten des Schlosses La Muette bei Paris mit einem Heißluftballon aufstiegen. Die erste bemannte Ballonfahrt außerhalb Frankreichs wurde von Don Paolo Andreani und den Brüdern Agostino und Carlo Gerli am 25. Februar 1784 in der Nähe von Mailand unternommen.

Heißluftballon

Am 16. September 1979 gelang den thüringischen Familien Strelzyk und Wetzel mit einem selbst gebauten Heißluftballon eine spektakuläre „Republikflucht“ aus der DDR nach Bayern.

Heißluftballons wurden nach ihren Erfindern auch Montgolfièren genannt.

[Bearbeiten] Physik

Heiße Luft wird in den Ballon geblasen

Brenner in Nahaufnahme (ohne Ballon, da Teilnahme an einem Fastnachtsumzug)

Unter Normalbedingungen besitzt ein Kubikmeter Luft eine Masse von etwa 1,3 kg. Bei konstantem Druck sinkt die Dichte von Gasen mit steigender Temperatur. Durch den Dichteunterschied der kälteren äußeren Luft und der wärmeren Luft im Ballon entsteht so eine Auftriebskraft. Dieser wirkt die Schwerkraft (das Gewicht) des Heißluftballons entgegen. Das Gewicht des Heißluftballons setzt sich aus dem Gewicht der ihm angehängten Nutzlast (Korb mit Brenner, Gasbehältern und Insassen) sowie aus dem Gewicht der Ballonhülle zusammen.

Eine größere Hülle trägt mehr Nutzlast. Gängige Größen sind 3000 – 5000 Kubikmeter. Die Auftriebskraft steigt bei konstantem Dichteunterschied zwischen innerer und äußerer Luft mit der dritten Potenz des Durchmessers, während das Gewicht der Hülle nur quadratisch wächst. Ein Heißluftballon benötigt so einen Mindestdurchmesser, um abheben zu können. Die Temperatur beträgt während einer Ballonfahrt ca. 90°C.

Verfeinerte Betrachtungen beziehen die Umstände mit ein, dass mit steigendem Ballondurchmesser schwerere Brenner und Hüllen benötigt werden.

[Bearbeiten] Thermografie

Thermografien beim Aufrüsten eines Ballons

[Bearbeiten] Steuerung

Landung eines Ballons

Es ist nicht möglich, einen Ballon direkt zu steuern. Um auf die Fahrtrichtung und -geschwindigkeit Einfluss zu nehmen, werden die sich in unterschiedlichen Höhen voneinander unterscheidenden Windrichtungen und -geschwindigkeiten ausgenutzt. Durch gezieltes Steigen oder Sinken können Winde so ausgenutzt werden, um sich einem gewünschten Ziel zu nähern.

Durch Betätigung des Brenners wird die Luft in der Hülle erwärmt, wodurch der Ballon steigt. Durch langsames Abkühlen der Luft beginnt der Ballon wieder zu sinken. Ein rasches Sinken des Ballons kann durch das Öffnen des sogenannten „Parachutes“ erfolgen. Der Parachute ist aus demselben Material wie die Hülle und befindet sich an der Spitze des Ballons. Während des Aufrüstens wird der Parachute durch Klettverschlüsse mit der umgebenden Hülle verbunden und geschlossen. Während der Fahrt bleibt der Parachute durch den Druck der aufsteigenen warmen Luft geschlossen. Durch Ziehen an einem Seil kann der Pilot den Parachute öffnen. Dadurch kann warme Luft schnell aus der Hülle entweichen. Durch Loslassen der Leine wird der Parachute wieder durch die warme Luft geschlossen.

Mittels tangentialem Luftaustritt durch Steuerdüsen, nahe dem Ballonäquator, kann ein Ballon um seine Hochachse gedreht werden, etwa, um den Korb zur Landung günstig auszurichten.

[Bearbeiten] Ballonsport

Jägermeister Heißluftballon

Ballonfahren ist nicht nur eine Freizeitaktivität, sondern es gibt auch Wettbewerbe bis hin zur Weltmeisterschaft. Bei den Wettbewerben werden mehrere Ballonfahrten durchgeführt, bei denen je Fahrt meist mehrere Aufgaben bestmöglich gelöst werden müssen. Bei den meisten Aufgabentypen kommt es darauf an, mit einem kleinen Markierungsbeutel (Beanbag, Marker) ein bestimmtes Ziel zu treffen. Das Ziel ist entweder bereits vor der Fahrt bekannt („Vorgegebenes Ziel“) oder wird vom Piloten vor der Fahrt („Selbstgewähltes Ziel“) oder währenddessen bestimmt und auf den Marker einer vorherigen Aufgabe geschrieben („Fly on“). Weitere Aufgabentypen sind z.B. die Weitfahrt innerhalb eines begrenzten Wertungsgebietes („Maximum Distance“) oder aber auch die "Minimum Distance mit „Zeitvorgabe“, bei der der Pilot gewinnt, der nach einer vorgegebenen Mindestfahrtzeit die kürzeste Strecke zurückgelegt hat. Bei der „Fuchsjagd“ startet ein Ballon mit einem gewissen Zeitvorsprung und legt am Landeort ein Zielkreuz für die nachfolgenden Ballone aus.

Die Wettbewerbsleitung wird dabei von Observern unterstützt. Jedem Piloten und seinem Team wird pro Fahrt ein Observer zugeteilt. Diese fungieren als Schiedsrichter und messen die Marker ein und beobachten, ob während der Fahrt alles regelkonform abgelaufen ist.