Quelle: DLR.

Bei den drei- bis vierstündigen Flügen fliegt der Airbus A300 ZERO-G der französischen Firma Novespace je 31 Parabeln. Dabei steigt das Flugzeug aus dem horizontalen Flug in einem Winkel von bis zu 52 Grad steil nach oben. Dann drosselt der Pilot die Schubkraft der Turbinen und fliegt dabei eine Bahn, die einer Wurf-Parabel entspricht. Der Airbus befindet sich dabei mit seinen Passagieren und Experimenten im freien Fall, wobei für etwa 22 Sekunden annähernde Schwerelosigkeit herrscht. Insgesamt stehen bei der 13. Parabelflug-Kampagne an vier Flugtagen mehr als 40 Minuten Schwerelosigkeit zur Verfügung. Neben eigenständiger Forschung werden auch Experimente für die Internationale Raumstation ISS vorbereitet. Medizinische Untersuchungen sollen zudem den Weg für Langzeitaufenthalte im All und damit beispielsweise für Reisen zum Mars ebnen.

So sind die Experimente von Prof. Oliver Ullrich von der Universität Magdeburg die ersten Untersuchungen in Schwerelosigkeit, die das Immunsystem des Gehirns zum Ziel haben. Bei längerem Aufenthalt im Weltraum bekommen Astronauten häufig Probleme mit der Immunabwehr. Gerade im Gehirn ist jedoch eine hochfein regulierte und kontrollierte Immunüberwachung überlebenswichtig. Solange das „Immunproblem“ im Weltraum nicht gelöst ist oder mit Medikamenten behandelt werden kann, sind Langzeitflüge bei erdfernen Missionen kaum vertretbar. Denn die Folgen für Gehirn und Körper der Astronauten sind derzeit noch unbekannt.

Ein anderes Experiment widmet sich neuen Technologien für zukünftige Raumfahrt-Missionen. Das Team um Marco Straubel vom Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik des DLR Braunschweig beschäftigt sich mit aufrollbaren, ultraleichten Kohlenstofffaser-Masten. Diese Bauteile benötigt man beispielsweise für entfaltbare Sonnenkollektoren, und sie sollen möglichst platzsparend ins All gebracht werden. Dabei sind sie ebenso stabil wie Metallmasten, aber wesentlich leichter und damit günstiger beim Transport.

1425 Parabeln in zehn Jahren

Die DLR-Raumfahrt-Agentur führt ihre Parabelflüge seit zehn Jahren durch. Mit der 13. Flugkampagne wird der Airbus A300 ZERO-G für das DLR 227 Experimente mit einem Gesamtgewicht von fast 33 Tonnen in den freien Fall gebracht haben. Auch Schüler waren an biologischen und medizinischen Experimenten beteiligt. Selbst zwei künstlerische Experimente waren mit an Bord. Bei 1425 Parabeln standen insgesamt acht Stunden und 20 Minuten Schwerelosigkeit zur Verfügung.

1999 begann alles zunächst mit einer Kampagne pro Jahr mit je drei bis vier Flugtagen. Da Wissenschaftler die Schwerelosigkeit sowie den Wechsel mit normaler und doppelter Schwerkraft immer häufiger als Forschungsumgebung nachfragen, startet das DLR inzwischen meist zweimal im Jahr. Zwar ist die Schwerelosigkeit pro Parabel stets nur kurz, doch ermöglichen Innovationen in der Messtechnik heute vielfältigere Experimente auf Parabelflügen als vor zehn Jahren. Der nächste DLR-Parabelflug findet im September 2009 statt, dann zum vierten Mal vom Flughafen Köln-Bonn aus.

Forschung in der Schwerelosigkeit
Die Evolution des Lebens und alle biologischen, physikalischen und chemischen Prozesse auf der Erde laufen immer unter Einwirkung der Erdschwerkraft ab. Daraus ergeben sich viele Fragen, beispielsweise: Welchen Einfluss hat die Schwerkraft auf physikalische und biologische Vorgänge? Kann man mit entsprechendem Wissen technologische Prozesse oder Produkte verbessern? Inwieweit können grundlegende Untersuchungen an gesunden Menschen in Schwerelosigkeit zur Behandlung von Patienten auf der Erde beitragen? Forschung in Schwerelosigkeit bietet eine einmalige Gelegenheit, Prozesse und Reaktionen ohne die Einwirkung der Schwerkraft zu untersuchen und dabei auf grundlegende Phänomene zu stoßen. Die Parabelflüge sind dabei wissenschaftlich und technologisch eine Brücke ins All.

Der Beitrag Zehn Jahre DLR-Parabelflüge erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von dominikheidler. Quelle: Frozen-Reality.

Das Experiment
Die Studenten Florian Maier, Benjamin Holfeld, Mirko Izzo und Salvatore Dinardo bauten eine Vorrichtung, mit deren Hilfe man Momentaufnahmen und 3D-Bilder von Projektilen erstellen kann.

Vielleicht fragen Sie sich jetzt, was das mit Raumfahrt zu tun hat – ganz einfach: Die Experimente zeigen z.B. die Ausmaße eines Stücks Weltraumschrott, das in ein Solarpaneel der ISS fliegt. Um alles wahrheitsgetreu nachzustellen, wird aber Schwerelosigkeit benötigt! Eine Möglichkeit, künstlich Schwerelosigkeit zu erzeugen, ist ein Parabelflug.

Der Parabelflug
Ein Parabelflug funktioniert so:

Das Flugzeug (umgebauter Airbus A300) fliegt in einem Winkel von ca. 54° nach oben. Die Triebwerke werden gedrosselt, sodass das Flugzeug eine Wurfparabel beschreibt. In dieser Zeit (ca. 20 Sekunden) werden die Experimente durchgeführt. Das Flugzeug wird wieder abgefangen und setzt zur nächsten Parabel an. Da bei eines solchen Flügen der Gleichgewichtssinn und die Augen Informationen an das Gehirn senden, die nicht zusammenpassen, reagieren manche Menschen mit Übelkeit, weshalb vor dem Flug Medikamente dagegen verabreicht werden.

Die ESA führt Parabelflüge mit einem umgebauten Airbus A300 durch, aber sogar mit kleinen Sportflugzeugen sind Parabelflüge möglich – allerdings nur für wenige Sekunden. Parabelflüge werden nicht nur zu experimentellen Zwecken durchgeführt – sie dienen auch dazu, Astronauten an die Schwerelosigkeit zu gewöhnen und werden oft benutzt, um Filme wie z.B. Apollo 13 zu drehen. Am ersten Flugtag wurde mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet, die 1.000 Bilder pro Sekunde erstellte. Am zweiten Tag kam dann das Frozen Reality-Verfahren zum Einsatz, bei dem die Experimente von einer Kurve aus zehn Digitalkameras gefilmt wurde. Aus diesen Aufnahmen wurden dann die 3D-Bilder erstellt.
Zum Schluss noch ein Interview mit Florian Maier

Wie sind Sie darauf gekommen, das Experiment zu machen?

Auf einem Jungforscherkongress unseres Vereins juFORUM e.V. (ich war dort 2 Jahre aktiv tätig) fragte man uns von Seiten der ESA, ob wir Interesse hätten, eigene Experimente in Schwerelosigkeit bei einem Ariane-5-Testflug mitfliegen zu lassen. Das war natürlich ein Angebot, was man nicht alle Tage bekommt. Wir haben uns überlegt, was man denn in der Schwerelosigkeit alles experimentieren kann und nachdem mein Teamkollege Benjamin Holfeld Physik und ich Medientechnologie studieren, sind wir darauf gekommen, physikalische Experimente mit meinem 1999 entwickelten Visualisierungs-Verfahren „Frozen Reality“ (www.frozen-reality.de) aufzunehmen – und zwar einmal in Schwerkraft und im Vergleich dazu in der Schwerelosigkeit. Die Ergebnisse wollten wir dann vergleichen und Erkenntnisse daraus ableiten bzw. Anschauungsmaterial für Lehre und Forschung generieren. Also haben wir ein Proposal eingereicht und gewartet. Irgendwann hieß es aber, dass sich die ESA-Führung gegen studentische Experimente bei dem Ariane-5-Testflug entschieden hätte. Es sei zu gefährlich, da diese studentischen Experimente evtl. den Testflug stören könnten. Der Gedanke an das teuerste Feuerwerk aller Zeiten war einfach noch zu präsent. Also haben wir uns nach einer Alternative für unser Proposal umgehört und da kamen wir auf die Student Parabolic Flight Campaign der ESA. Das war fast noch besser als das erste Angebot, denn hier konnten wir selbst mitfliegen, das Experiment selbst durchführen und die Schwerelosigkeit am eigenen Leib erfahren.

Wie ist das Experiment gelungen?

Unsere Experimente sowohl mit den „Frozen Reality“-Aufnahmen als auch mit der Highspeedkamera sind gelungen, auch wenn wir bis kurz vor dem ersten Parabelflugtag die ganze Nacht eine zunächst defekte Schaltung repariert haben. Völlig übernächtigt (ich hatte vielleicht eine Stunde Schlaf) begannen wir dann den Tag des ersten Parabelflugs. Es hat dann aber alles wunderbar funktioniert und die Ergebnisse sind sehr zufriedenstellend gewesen.

Ist auf dem Flug alles glatt gelaufen?

Bei unserem Experiment schon (wenn man mal davon absieht, dass einige Nylonschnüre, mit denen wir die Projektile für unsere Impact-Versuche gespannt haben, unter der großen Belastung des wiederholten Experimentierens gerissen sind), bei unserem Nachbarexperiment ist jedoch Wasser aus der Apparatur ausgetreten (es ging um Experimente zur Kapillarwirkung in Schwerelosigkeit). Die Situation war etwas brenzlig, da wir 15 teure Digitalkameras und eine noch viel teurere Highspeedkamera in unserem Experiment eingebaut hatten. Wäre das nass geworden und hätte es einen Kurzschluss gegeben, hätten wir ein Problem gehabt. Wasser bleibt nämlich in der Schwerelosigkeit nicht am Boden, sondern verteilt sich als fliegendes, waberndes Gebilde im Raum… Bis die Schwerkraft einsetzt. Dann fällt dieses Gebilde mit einem großen Spritzer zu Boden… Aber wie gesagt, es lief alles glimpflich ab, das Wasser des Nachbarexperimentes wurde sofort mit Handtüchern aufgesaugt und somit war unser Experiment sicher.

Wie hat ihnen der Parabelflug gefallen?

Mir persönlich wahnsinnig gut. Es war die beste Erfahrung meines Lebens! Richtig schwerelos zu sein, ist schon ein gutes Gefühl. Für ein paar Leute aus anderen Teams war die Schwerelosigkeit jedoch etwas gewöhnungsbedürftig. Ihnen wurde sehr schlecht, obwohl man zur Unterdrückung der Übelkeit spezielle Tabletten bekommt. Diese Tabletten betäuben quasi den Gleichgewichtssinn. Nachteilig ist, dass man davon alleine sehr müde werden würde. Daher bekommt man noch „staatlich lizenzierte“ Amphetamine, die den Kreislauf stimulieren. Bei mir hat dies gewirkt – wie gesagt, ich hatte in der Nacht zuvor vielleicht eine Stunde Schlaf, und die Wochen davor auch nicht mehr als 3-4 Stunden pro Nacht, aber nach den Tabletten war ich topfit… gerüchteweise sollen sich einige Teilnehmer die Amphetamine für die Party danach aufgehoben haben – aber wie gesagt, das sind Gerüchte… Nachdem die Arbeit nach 29 Parabeln getan war, habe ich mir bei der letzten Parabel noch einen ganz besonderen Traum erfüllt. Ich hatte von daheim einen kleinen Orientteppich mitgenommen, setzte mich darauf und schwebte auf diesem fliegenden Teppich quer durch das Flugzeug. Dies war zwar ein nicht sehr wissenschaftliches Experiment, aber wohl das lustigste…)

• Video vom Parabelflug 
• Bilder (auch in 3D) vom Experiment
  • Flüssigkeiten
  • Bruchversuche
  • Granulare Materie
  • Technik

[Edit 2021: angebotene Links nicht mehr verfügbar, Webseite offenbar nicht mehr aktiv]

Der Beitrag Frozen Reality erschien zuerst auf Raumfahrer.net.