20 Sekunden in Schwerelosigkeit

Florian Maier berichtet von den spannenden Erfahrungen in der Schwerelosigkeit. Mit seinem patentierten Aufnahmeverfahren „Frozen Reality“ kann er quasi die Zeit anhalten und beispielsweise dreidimensional zeigen, wie ein Luftballon während des Platzens aussieht oder ein Ball in ein mit Wasser gefülltes Glas eintaucht. Mit diesem Projekt haben er und sein internationales Team die Ausschreibung der ESA gewonnen, an einem Parabelflug teilzunehmen. Hierbei war es möglich, eigene Experimente 30 mal für jeweils 20 Sekunden Schwerelosigkeit im Sturzflug eines speziell umgebauten Airbus A300 durchzuführen. Bei dem riskanten Ritt im Flugzeug waren insgesamt 15 studentische Experimente aus ganz Europa der Schwerelosigkeit ausgesetzt.

 

Das „Frozen Reality Space Project“ wurde von juFORUM unterstützt.

 






Schwerelosigkeit erlebt man nicht nur im Weltraum – denn jeder, der schon einmal Achterbahn gefahren ist, kennt den Moment, in dem man nahezu schwerelos ist, wenn auch nur für ganz kurze Zeit. Nun gibt es in der Forschung die Notwendigkeit, Experimente in der Schwerelosigkeit durchzuführen. Denn ein ähnlicher Zustand wie auf einer Achterbahn ist in einem Flugzeug bei einem so genannten Parabelflug möglich – nur eben erheblich länger. Ein solcher Flug ermöglicht spannende Experimente in der Schwerelosigkeit unter Bedingungen, die nahezu denen im Weltraum gleichen.

Doch was ist überhaupt genau ein Parabelflug?

Parabelflüge werden verwendet, um kurzzeitige Mikrogravitation zu erreichen. Ein Flugzeug (ein speziell umgebauter Airbus A300) wird so auf einer Parabelbahn gelenkt, dass die Schwerkraft für kurze Zeit kompensiert wird. Dazu steigt das Flugzeug auf ca. 6000 m Höhe bis zu einem Winkel von ungefähr 45 Grad gegen den Himmel auf (siehe Photo; zum Vergleich: ein normales Passagierflugzeug erreicht beim Starten und Landen eine Steigung von ca. 18 Grad zur Erdoberfläche). Während dieser Phase wirkt auf alle Gegenstände und Personen innerhalb des Flugzeugs nahezu zweifache Erdbeschleunigung. In der zweiten Phase (dies ist die Phase der Mikrogravitation – also ca. 20 Sekunden Schwerelosigkeit) werden die Triebwerke so gedrosselt, dass das Flugzeug langsam wieder abfällt (höchste Stelle ca. 8000 m Höhe) und anschließend wieder auf die Ausgangshöhe von ca. 6000 m absinkt. In dieser letzten Phase wird das Flugzeug wieder abgefangen und setzt zum nächsten Parabelflug an. Für dieses Flugmanöver sind vier Piloten zuständig, die sehr viel Erfahrung auf diesem Gebiet benötigen.

Parabelflüge wurden in erster Linie dazu benutzt, Astronauten für Missionen im Weltraum vorzubereiten und an das Gefühl der Schwerelosigkeit zu gewöhnen. Mittlerweile haben sie sich auch zu einer günstigen und flexiblen Methode entwickelt, Experimente durchzuführen, die nur kurze Zeit Mikrogravitation benötigen.

Forschen in Schwerelosigkeit

Aber nicht nur „Berufsastronauten“ haben die Möglichkeit, die Schwerelosigkeit bei einem Parabelflug zu nutzen. Denn seit 1994 gibt die ESA alljährlich interessierten jungen Forschern aus ganz Europa und Kanada die Möglichkeit, sich bei der ESA um die Teilnahme an einem Parabelflug zu bewerben. Gesucht werden junge, motivierte Forschergruppen mit interessanten Projekten, die ihre Experimente dann in der Schwerelosigkeit durchführen dürfen.

Bei dieser ESA-Kampagne hatte auch ich mich zusammen mit Benjamin Holfeld, Mirko Izzo und Salvatore Dinardo, den „Frozen Space Researchern“, Ende 2003 beworben. Unter über 160 angemeldeten Projekten wurden insgesamt 30 internationale Projekte von der ESA ausgewählt, darunter auch unser Projekt.

Das Ziel unseres Projekts war die Durchführung von physikalischen Untersuchungen in der Schwerelosigkeit mit Hilfe meines seit 1999 entwickelten 'Frozen Reality'-Verfahrens (www.frozen-reality.de). Mit dem Verfahren wird es nämlich möglich, sehr schnell ablaufende Vorgänge in einem definierten Moment festzuhalten – quasi „einzufrieren“ - und sich in diesem „eingefrorenen Raum“ mit einem kontinuierlichen Kameraschwenk um das Objekt zu bewegen. Die Aufnahme erfolgte mit mehreren digitalen Fotokameras (10 Stück), wobei alle Kameras im Kreis um das aufzunehmende Objekt angeordnet sind und gleichzeitig ausgelöst werden. Werden die Einzelfotos, die sich nur in Ihrer Perspektive, nicht aber in Ihrem Aufnahmezeitpunkt unterscheiden, nacheinander abgespielt (hier müssen noch zusätzliche Zwischenbilder mit dem Computer berechnet werden), ergibt sich der Eindruck, man könne sich um ein eingefrorenes Objekt bewegen.
 

Damit eignet sich das Verfahren auch hervorragend, schnell ablaufende Vorgänge für die Raumfahrttechnik in Schwerelosigkeit zu visualisieren.

Beispielsweise wollten wir herausbekommen, wie ein Einschlag eines Eisklumpens auf ein Sonnensegel eines Satelliten abläuft – oder wie sich bestimmte Flüssigkeiten unter Schwerelosigkeit verhalten - beides Problemstellungen, die sowohl für die Raumfahrttechnik als auch die Physik sehr interessant sind.

Nach einer Vorbereitungszeit von gut 8 Monaten startete unser Projekt Anfang Juli 2004 in Bordeaux (Frankreich) in die Schwerelosigkeit. Die Wochen davor waren geprägt von nächtelangen Vorbereitungen, wenig Schlaf und großem Organisationsaufwand.

Endlich in Bordeaux angekommen, wurden das so genannte „Experimentier-Rack“ – ein Rack aus Aluminiumprofilen, in die unser Experiment mit den ganzen Kameras sicher und stossfest eingebaut werden musste – in das Flugzeug, ein Airbus A300, eingebaut. Unter den scharfen Blicken des CEV (eine Art TÜV für die Luftfahrt) wurde das gesamte Experimentier-Rack genauestens untersucht und - glücklicherweise – für „mitflugtauglich“ befunden.

„Es ist eine Achterbahnfahrt, bei der das Fallen nicht mehr enden will“

Am ersten von den drei Flugtagen hatten alle Teilnehmer auf einem Eingewöhnungsflug die Möglichkeit, zum ersten Mal in Kontakt mit der Schwerelosigkeit zu kommen. Auch alle vier Mitglieder unseres Teams fieberten gespannt dem entgegen, was da so kommen möge. Gut 90 Minuten nach dem Start war es dann soweit: Die erste Parabel stand kurz bevor. Aus den Lautsprechern des Flugzeugs tönte es: „30 degrees, 40 degrees“ (der Neigungswinkel des Flugzeugs beim Aufstieg) „injection!!“ Unter den begeisterten Jubelrufen der Passagiere wurde die erste der fünf Eingewöhnungsparabeln geflogen. Für jemanden, der noch nie die Möglichkeit hatte, bei einem Parabelflug mitzufliegen, lässt sich das Gefühl wohl am besten so beschreiben: Es ist eine Achterbahnfahrt, bei der das Fallen nicht mehr enden will. Einigen Teilnehmern ist die wechselnde Belastung der 2-fachen Erdbeschleunigung und der danach eintretenden Schwerelosigkeit nicht sehr gut bekommen (das Flugzeug wurde früher - wohl nicht ohne Grund - „Kotzbomber“ genannt), obgleich jeder Teilnehmer die Möglichkeit hatte, starke Tabletten gegen die Übelkeit zu nehmen (eine Mischung aus einem übelkeitsunterdrückendem und damit betäubenden Mittel und Amphetaminen, um wach zu bleiben – die ESA hat dafür übrigens eine Ausnahmegenehmigung in Frankreich). Unser Team kam völlig unbeschadet davon – mit großer Euphorie (das lag wohl an den Amphetaminen :-)) wurde der nächste Tag erwartet.

An den darauf folgenden zwei Tagen haben dann jeweils zwei Teammitglieder die Experimente in 30 Parabeln à 20 Sekunden Schwerelosigkeit durchgeführt. Nachdem die Arbeit nach 29 Parabeln getan war, habe ich mir noch ein ganz besonderes Erlebnis gegönnt: Einen Ritt auf einem fliegenden Teppich!!!
 

Mehr Infos, Fotos und Videos von Flug unter:  http://www.frozen-reality.de/parabolic/