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Frage Nummer 50156 StechusKaktus

Wie konnte die Fallgeschwindigkeit von Felix Baumgartner so genau bestimmt werden?

FB hat die Schallgrenze durchbrochen. Aber woher weiß man das so genau? Funktioniert GPS in der Höhe überhaupt oder half die Polizei mit einem Radargerät?
Antworten (44)
bh_roth
Zunächst hat das Funktionieren eines GPS nichts mit der Höhe zu tun. Ich möchte allerdings bezweifeln, dass ein solches Gerät für die exakte Bestimmung der Fallgeschwindigkeit verwendet wurde, eher als ungefährer Anhalt für die Geschwindigkeit. Dafür ist das GPS viel zu träge in der Berechnung der Daten. Es konnte auch kein barometrischer Höhenmesser und der barometrische Variometer genommen werden, weil es dort keinen verwertbaren Luftdruck gab.
Ich denke, es war eine Computerberechnung, als Produkt aus den Größen Weg und Zeit, gekoppelt mit der Positionsbestimmung mittels Radar.
Musca
Einfache Trigonometrie, in Verbindung mit Zeitmessung
StechusKaktus
Na dann lass mal hören!
Musca
Du machst es einem auch nicht einfach.....Wenn ich den Absprung aufnehme, mittels Radar oder in halbwegs stehendem Helikopter per Kamera den Aufnahmewinkel notiere, dann nach gewisser Zeit das Ganze wiederhole, erhalte ich ein Dreieck, kann dadurch die Länge der zurückgelegten Strecke ermitteln. Wenn man jetzt noch die Zeit für diese zurückgelegte Strecke gestoppt hat, erhält man die Geschwindigkeit
StechusKaktus
Hmmm... klingt plausibel. Gute Theorie. Aber muss diese Art der Messung nicht eine hohe Fehlertoleranz haben? Und Helis können doch nicht so weit oben. Die höchste Geschwindigkeit ist doch sicher am Anfang in der dünnen Luft erreicht worden. Und da war doch nichts in der Nähe, von wo aus das Dreieck hätte gebildet werden können.
bh_roth
Ich weiß ja nicht, warum du meine Antwort ignorierst. Weg-Zeit-Berechnung, und Positionsbestimmung über Radar. Die Anfangshöhe steht fest, und die Position des fallenden Körpers wird ständig über Radar ermittelt. Die Zeit läuft auch mit. Also kann man damit die Geschwindigkeit ausrechnen. Eine dadurch ermittelte Höhenabnahme von 350m /s ergibt eine Geschwindigkeit von 1260 km/h. Wo ist jetzt das Problem?
Musca
@bh-roth: siehs locker, die Kaktee wollte nur überprüfen, ob ich heiße Luft produziere, oder ausnahmsweise mal was vernünftiges von mir gebe. Stimmt´s Stechus?
Rockfan
Hallo Musca, etwa schon die Nase voll von den "Maennchen"? War es etwa doch nicht das Richtige,oder ist das hier nur ein kurzer Rückfall?
Dara
Sooo einfach ist das leider nicht mit Triangulation und Weg-Zeit-Berechnung, weil die Geschwindigkeit nicht konstant ist. Beim Start hat FB die Geschwindigkeit Null. Irgendwann irgendwo hat er die Maximalgeschwindigkeit, und aufgrund des zunehmenden Luftwiderstands wird er wieder langsamer.
Man kann also triangulieren wo man will, bekommt aber immer nur eine gemittelte Geschwindigkeit für diesen Fallbereich, niemals die Höchstgeschwindigkeit. Es lohnt sich auch nicht, ein Aufnahmegerät mitzunehmen, um den Überschallknall aufzuzeichnen, weil dieser das Mikrofon nie erreicht.
Ich glaube auch wie bh_roth, dass das Ergebnis auf Computerberechnungen beruht, allerdings etwas komplexer (z.B. Erdbeschleunigung in Abhängigkeit von der Höhe, die ändert sich ja dauernd, wie auch die Luftdichte usw.)
MaG666
Ich kann dir jetzt zwar auch nicht genau erklären, welche Technik da jetzt zum Tragen kam, allerdings war bei ServusTV (dem österr. Sender) immer die Rede davon, dass Baumgartner vorne am Oberkörper ein Gerät bei sich getragen hatte, mit dem die Geschwindigkeit gemessen werden sollte. Und genau dieses Gerät war es auch, dass direkt nach dem Sprung vom Notar (dass war der Herr mit dem weissen Haar) in Empfang genommen wurde. Und es hat schliesslich Stunden gedauert, bis die gesammelten Daten ausgewertet und die Höchstgeschwindigkeit festgestellt wurde. Die beiden anderen beschriebenen Methoden wären meiner Meinung nach zu ungenau gewesen weil man mit denen eben nur die Durchschnittsgeschwindigkeit messen kann und ausserdem wäre es wohl schneller gegangen.
miele
Ich denke auch, Trigenometreie und Zeitmessung sind eine Möglichkeit, der Einwand von Dara ist aber berechtigt.
Zur Bestimmung der momentanen Geschwindigkeit ist daher der Differenzenquotient (Ableitung der Funktion der Durchschnittsgeschwindigkeit) zu bemühen. Die Betrachtunsintervalle für die Durchschnittsgeschwindigkeit nähern sich dabei immer mehr dem Punkt, für den die tatsächliche Geschwindigkeit ermittelt werden soll. Die Berechnung der jeweiligen Durchschnittsgeschwindigkeiteinen nähert sich dabei dem Grenzwert, der die Fallgeschwindigkeit am Punkt X darstellt.
NaCl
naja, natürlich ist die Berechnung von bh_roth ungenau, wenn man wie Ihr annehmt große Intervalle nimmt. Wenn die Positionsbestimmung mit Radar in sehr kleinen Abständen passiert (nicht in Sekunden, viel kleiner), dann wird auch die Geschwindigkeit sehr genau
JaqueLois
Mag666 hat Recht.
Im Servus TV war Ulrich Walter, Physiker, ehemaliger Wissenschaftsastronaut und derzeitiger Inhaber des Lehrstuhls für Raumfahrttechnik an der Technischen Universität München.
Er hat die theoretische (max) Geschwindigkeit auf 1,04 bis 1,7 MACH berechnet. Die Unterschiede kommen von Spinn den Felix erfahren wird (horizontal oder vertikal).
Somit wurde die wirkliche Geschwindigkeit in der Chest- Box ermittelt, die nach Landung dem Notar direkt übergeben wurde.
Non-Blonde
zusammengefasst: Felix hatte Tacho dabei...
StechusKaktus
Danke für die vielen guten Antworten. Meine besondere Anerkennung hat bh_roth: Jetzt aber zur Frage, was in der chest-bag war. Ich tippe ja auf ein kleines Windrad, dessen Umdrehungen dann vom Notar in KM/h umgerechnet wurden. Oder doch Elektronik, Radar und Dreiecke?
Dara
Ich denke, MaG666 hat es richtig erfasst. Das gibt es dieses Staurohr, mit dem man die Geschwindigkeit in der Luft messen kann. Dessen Fehlfunktion hatte doch den Absturz der Air France Maschine im Atlantik verursacht?
MikeH312
GPS funktioniert in der Höhe sogar besser weil man näher an den Satelliten ist und wenig dazwischen was die Verbindung stört.. Es gibt auch sehr schnelle und sehr genaue GPS-Systeme, die natürlich in anderen Preisregionen liegen als die billigen Auto-Navis.
Staudruckrohe funktionieren da nicht, weil der Staudruck sich in dem Fall nicht nur durch die sich verändernde Geschwindigkeit sondern auch durch den Ansteigenden Luftdruck durch die "dicker" werdende Atmosphäre sich verändern würde. Hinzu kommen noch die von Flugzeugen bekannten Probleme wie Temperaturschwankungen und Vereisung.
Im Chestpack waren neben genauen GPS- schlicht Beschleunigungssensoren. Auch Accelerometer genannt, weiterhin B-Messer und G-Sensor. Werden kontinuierliche Beschleunigungsmessungen aufgezeichnet, so bezeichnet man diese Messreihe als Akzelerogramm aus der man an jeder Stelle die Geschwindigkeit errechnen kann.
MikeH312
Die Dinger sind preiswert und ziemlich genau, kennt wohl fast jeder aus der Wii oder manchen Smartphones. Da wird die Trägheitskraft auf eine Masse gemessen und da man die Masse kennt kann man die Beschleunigung errechnen.
Kleinsensoren mit einer Masse von wenigen Gramm haben Messbereiche von einigen g bis zu Dutzenden oder sogar hunderten g und sind robust gegen Stöße. Die Auflösung erreicht 0,01mg. Das kleine g bezeichnet die mittlere Erdbeschleunigung wird dabei mit g bezeichnet (kleines „G“ in kursiver Schrift)
error
Alle 1000m stand ein Rettungsspringer mit einer Stoppuhr bereit, der die Zeit stoppte.Zum Schluß wurde zusammengezählt
wiki01
Falsch! Auf der der Kamera abgewandten Seite sprang ein Angestellter von Redbull hinterher, überholte Baumgartner in einem unbeobachteten Moment, und konnte dann mit seiner Radarpistole die Geschwindigkeit messen.
Eigentlich sollte das ja eine weibliche Mitarbeiterin machen. Aber die war blond. Und was da zu befürchten war, wisst ihr alle.
Dara
Bevor noch jemand diesen Quatsch von Zombie MikeH312 glaubt (wie ich es sehe, gibt es Aspiranten), folgende Richtigstellungen:
1. GPS ist für die Erdoberfläche ausgelegt, nicht für vertikale Bewegungen. Je näher man an die Satelliten kommt, deso ungenauer wird es. Direkt vor den Satelliten funktioniert es gar nicht mehr (Groschen gefallen, klickerdiklick?)
2. Staudruckrohre funktionieren nicht durch sich veränderte Geschwindigkeiten oder Luftdruckunterschiede? Ja, wann denn dann? Dazu werden sie doch in die Flugzeuge eingebaut, und es funktioniert, Dumpfbacke.
3. Beschleunigungssensoren, Aklzelerogramm, uswq (und so weiterer Quatsch)? Damit hat sich dieser Hirni endgültig disqualifiziert, keine Ahnung von nichts.
bh_roth
@Dara: Ein kleiner Exkurs in die Instrumententechnik.
Teil 1:
Barometrische Instrumente sind eigentlich nicht präzise. Darunter fallen der barometrische Höhenmesser, das Variometer, und der barometrische Fahrtmesser. Damit diese funktionieren, hat ein Flugzeuig mehrere Drucksensoren. Direkt im Fahrwind ist das Staurohr (Pitot-Tube), und irgendwo an einer Stelle, an der der Wind nicht hinkommt, der Sensor für den statischen Druck. Das Staurohr ist natürlich für die horizontale Geschwindigkeit, der statische Sensor für den Höhenmesser, und beide zusammen für das Variometer, einem Differenzdruckmesser, der mir anzeigt, ob ich und wie stark ich sinke oder steige.
Alle diese Messgeräte haben eines gemeinsam: sie sind heutzutage zu ungenau, und werden nur noch als Standby-Geräte in den großen Fliegern benutzt, bei den kleineren Luftfahrzeugen werden sie noch gebraucht, wobei die Geschwindigkeitsanzeige mehr und mehr das GPS übernimmt.
bh_roth
Teil2:
Je höher ich bin, umso ungenauer werden barometrische Messgeräte, weil der Luftdruck immer mehr abnimmt. Beim Höhenmesser kommt noch dazu, dass ich den immer neu auf den Luftdruck auf Meereshöhe einstellen muss, oder ich lege ab einer bestimmten Höhe einen für alle gleichen Standardluftdruck von 1013,2 hPa zugrunde.. Oberhalb von 8000 m sind sie ganz und gar untauglich. Dort übernehmen radargestützte, also aktive Systeme die Anzeige der erforderlichen Werte. Ein Staurohr muss immer einen optimalen Winkel zum Fahrwind haben, und da sich die Fluglage eines Flugzeuges abhängig von seiner Geschwindigkeit ändert, hat ein Flugzeug mehrere dieser Staurohre in unterschiedlichen Winkeln.
Einen Menschen mit Drucksensoren für barometrische Anzeigen auszurüsten, ist abwegig.
Ein Überschallflugzeug hat für die Flüge im Supersonic keine barometrischen Anzeigen mehr
Dara
@ bh_roth
Na gut. Das mit der Beschleunigungsmessung ist auch plausibel, habe mich mal kurz informiert. Dann wird das mit GPS wohl auch stimmen. Asche über mein Haupt, ich entschuldige mich bei MikeH312.
MikeH312
Staudruckrohre zeigen auch nur die relative Geschwindigkeit zum umgebenden Medium an, nicht die absolute Geschwindigkeit gegenüber einem festen Punkt. Bei einem Flugzeug das parallel zur Erdoberfläche mit 500 km/h fliegt, zeigt ein Staudruckrohr 600 km/h an, wenn der Gegenwind mit 100km/h bläst.
Und wie funktioniert den GPS ? Das Navi misst die Entfernung zu verschieden Satelliten durch die Signallaufzeit und trianguliert daraus seien Position relativ zu den Satelliten. Wenn man auf einem Satelliten drauf hockt, ist die Signallaufzeit zu diesem halt Null was problemlos in die Rechnung eingeführt werden kann.
MikeH312
GPS -Satelliten schweben übrigens in 20.200 Km Höhe, da war Felix mit seinen nicht ganz 40 Km Höhe noch genauso weit von weg wie Joe in MissionControl.
Mit diesen Beschleunigungsmesser wurde nicht nur die Geschweindigkeit beim Fall gemessen, sie haben auch seine Dreh- und Taumelbewegungen gemessen und hätten bei zuviel Spin den Stabilisierungsfallschirm ausgelöst.
StechusKaktus
Abschließend verneige ich mich vor so viel Kompetenz. Chapeau!
MikeH312
Bei einer Entfernung von 20.200 Km sind für ein annähernd Licht schnelles Signal wie Funkwellen, 40 Km mehr oder weniger ein Witz. Und da liegt annähernd das GPS-Problem. Für die Positionsbestimmung ist die Signallaufzeit der einzelnen Signale wichtig und damit vor allem die Genauigkeit der Uhr im GPS-Empfänger. Für die exakte Geschwindigkeitsbestimmung des Falls wäre eine Uhr mit der Genauigkeit einer Atomuhr notwendig, die kann man sich aber nicht um den Hals hängen. Funkuhrempfänger sind da schon wieder zu ungenau.
Dara
Genau. Und da bei GPS relativistische Effekte (Albert Einstein) berücksichtigt werden, sind simple Erklärungen von vornherein ausgeschlossen.
typhoon0
Ihr mit eurem GPS.... Baumgartner ist GEFALLEN, da bringt ein GPS ziemlich wenig, denn GPS benutzt die Koordinaten zum errechnen der Geschwindigkeit, da bringt es ziemlich wenig wenn man vertikal fällt.
Und ja, GPS zeigt auch die Höhe an, aber welche Höhe? GPS zeigt nicht die Höhe über dem Meeresspiegel, GPS zeigt nur eine theoretische Höhe an basierend auf den Daten des WGS-84.

Neben den Beschleunigungssensoren hatte er vermutlich dennoch Bariometer an Bord. Jetzt kommen hier einige, dass es in dieser Höhe keinen Luftdruck mehr gibt, das stimmt schlicht einfach nicht. Bariometer sind übrigens extrem sensibel, die haben nichts mit denen zu tun die man Zuhause hat. Neber dem Bariometer war dann wohl noch ein Radiometer dabei, mit diesem kann man immer die exakte Höhe über Grund messen und ist wohl die beste Methode um die Geschwindigkeit zu ermitteln. Der Absprung war über Flachland und die horizontale Geschwindigkeit überschaubar.

Aber GPS.... das ist schon lustig. :)
bh_roth
@typhoon0: Super! Mal schnell ein paar Brocken hingeworfen, damit man vor Ehrfurcht den Schnabel hält (Beispiel WGS84). Netter Versuch. Aber dann hast du dich doch verraten, dass es mir deiner Sachkenntnis doch nicht so weit her ist. Was ist denn bitte ein Bariometer? Ich kenne alle! Instrumente, die man in der Fliegerei gebraucht aber ein Bariometer gibt es nicht. Und was hat denn ein Radiometer bei der Berechnung von Geschwindigkeiten zu tun? Mit diesem Gerät misst man Strahlung.
Also leg dich wieder hin.
Mike312H
Hat zwar nur noch begrenzt mit der Frage zutuen, aber GPS ermitel eine Position im dreidimensionalen Raum und zwar in alle drei Richtungen gleich genau. Mit den GPS-Signalen lässt sich aber nicht nur die Position, sondern auch die Geschwindigkeit des Empfängers bestimmen. Dieses erfolgt im Allgemeinen über Messung des Dopplereffektes oder die numerische Differenzierung des Ortes nach der Zeit. Und die Fallgeschwindigkeit ist eine Funktion der Höhenänderung und unabhänig von der Höhe über Meerespiegel, der ja auch nur ein theoretisch festgelegter Bezugspunkt ist. Vielelicht solltet einige hier erstmal grundsätzliche googlen ehe sie ihr Unwissen demonstrieren.
konfusius
@bh_roth: Keep cool. Er meint Variometer. Das V liegt halt neben dem B..... Erst denken, dann handeln.
Mike312H
Das läßt sich übrigens auch googlen was er in dem Chestpack hatte neben dem GPS-System. Das einzige barometrische System welches er dabei hatte, war das Cypres, den Öffnungsautomaten des Reserveschirms, das jeder Skydiver dabei hat,eher er worunter hüpft. Bei dem ist es wichtig das man vor dem Absprung die Höhe des Landepunktes über Meereshöhe einstellt, damit es nicht zu tief auslöst. Davon abgeshen waren alle Höhenangaben in den Liveberichten die Höhe über Null nicht die Höhe über dem Boden von NewMexiko, das liegt nämlich gut 1000m hoch. Das haben die Komentatoren auch mehrfach erwähnt.
typhoon0
@bh_roth, was ist daran ein netter Versuch? WGS84 ist der Grund warum die GPS Höhe keine echte Höhe ist, mehr gibt es dau nicht zu sagen. Und ja, mit den Instrumenten stimmt das wohl, beim Barometer hab ich mich vertippt, mein Fehler und der Radiometer ist halt kurz für Radio Altimeter, wenn man es denn so genau nimmt, aber darauf hättest du ja auch kommen können wenn du alle Instrumente aus der Fliegerei kennst.
Übrigens ist auch WGS84 der Grund, warum man in der Fliegerei bei einem GPS Approach nicht die GPS Höhe benutzt, aber das wusstest du ja bestimmt alles schon.... :)
starmax
Vorsicht ! Fall einer Community-Ikone droht! Fallgeschwindigkeit?
bhroth
@typhoon0: Was ich hätte erkennen können, steht nicht zur Diskussion. Ich interpretiere nicht, was jemand gemeint haben könnte. Du schreibst Radiometer, und meinst einen Radarhöhenmesser, die Bezeichnung kürzt du kurzerhand ab, was kommt heraus? Ein völlig anderes Instrument. Und dein Verschreiber Bariometer? Natürlich meintest du das Vario, aber du wirst auch wissen, dass ein Vario einen Differenzdruck misst. Und dass ein barometrisches Vario bauartbedingt nicht in der Lage ist, eine so hohe Sinkgeschwindigkeit von ca. 350 m/s zu messen.
[br]
Ich bin mit dir einer Meinung, dass rein GPS-gestütze Messungen nicht tauglich sind zur exakten Messung vertikaler Geschwindigkeiten.
Mike312H
Einem GPS-System ist es völlig egal in welche Richtungen es Geschwindigkeiten errechnen, messen sowieso nicht. Das ist in jeder Richtung gleich genau oder ungenau, wie man es sieht. Wie doll muß man in Mathe und Physik gepennt haben das man meint GPS wäre nur für vertikale Bewegungen ? GPS bestimmt eine Position im Raum. In Höhe, Breite und Länge. Und wenn sich diese Position ändert und man die Änderungen mittracked, kann man daraus die Beschleunigungen und Geschwindigkeit ermitteln wenn man nicht ganz unters Pisa-Niveau fällt.In jede Bewegungsrichtung der drei Achsen.
Mike312H
Selbst mit einem iPhone und einem Motiontracker für ein paar Euro kann man Höhenänderungen tracken die an Genauigkeiten barometrischer Höhenmesser locker ran reichen.
gps_klugscheisser
Aufgrund des COCOM Limits sind zivile GPS (wie im Iphone) nicht in der Lage, bei einer Geschwindigkeit von über 1000 Knoten (1900 Km/h) oder in einer Höhe von über 60000 Fuß (18 Km) Daten zu liefern.
WENN GPS genutzt wurde, dann also kein ziviles...

Immer dran denken: in großen Maßstäben gelten andere Regeln als in kleinen.
bhroth
Man darf bei der ganzen Diskussion nicht vergessen, dass es um das Aufstellen bzw. Brechen von Weltrekorden ging. Und damit die erhobenen Daten unangreifbar, unzweifelhaft und nicht interpretierbar sind, sind höchst präzise Meßgeräte notwendig , und ganz sicher auch benutzt worden. Ganz sicher jedoch wurden diese unumstößlichen Beweise nicht mit irgendeinem Mist aus Cupertino oder aus der Resterampe von Conrad Elektronik erhoben.
Mike312H
Wenn sich zivile GPS-Empfänger oberhalb der Grenzwerte abschalten müssen, heißt das ja auch das sie eigentlich oberhalb dieser Grenzwerte auch noch hinreichend genau funktionieren würden, sonst wäre die Abschaltverpflichtung ja überflüssig.
Und es ist davon auszugehen das dem Stratos-Team unlimitierte Empfänger in höhere Qualität zu Verfügung standen. Auf der Homepage kann man auch den Inhalt des Chest-Packs nachlesen. An zweiter Stelle der "list of gadgets" steht GPS-beacons.
wolfgangart
Baumgartner hatte ein VDO-Tachometer um den Hals.
bhroth
@Mike312H: Zitat "An zweiter Stelle der "list of gadgets" steht GPS-beacons. "
Ein Beacon ist ein Sender. Für ihn gelten keine "Abschaltkriterien". Einem Sender ist es vollkommen egal, wie schnell er unterwegs ist, solange es unterhalb der Lichtgeschwindigkeit stattfindet. Bisher ging die Diskussion hauptsächlich darum, ob ein mitgeführter GPS-Empfänger tauglich ist, diese Fallgeschwindigkeit zu messen.