Beschreibung einer Kampagne



 

Parabelflug

Schwerelos für 22 Sekunden

Experimentieren in Schwerelosigkeit: Ein Airbus A300 ZERO-G fliegt spezielle Flugmanöver, so genannte Parabeln, wobei jeweils für 20 bis 22 Sekunden annähernde Schwerelosigkeit (Mikrogravitation) herrscht.

An einem typischen Flugtag werden 31 Parabeln mit einem charakteristischen Wechsel von Beschleunigungen geflogen (normale Erdbeschleunigung - Hypergravitation - Mikrogravitation - Hypergravitation - normale Erdbeschleunigung).

Wissenschaftler und Ingenieure aus verschiedenen Fachbereichen wie Physik, Materialforschung, Biologie, Humanphysiologie/Medizin entwerfen ihre Experimente so, dass die jeweils 22 Sekunden Schwerelosigkeit als Messzeit ausreichen, um ihre Fragestellungen zu beantworten. Einige Untersuchungen nutzen auch den typischen Wechsel zwischen den verschiedenen Beschleunigungen aus, um die Reaktion des zu untersuchenden Phänomens auf diesen Wechsel zu beobachten.

Beispiele sind die Untersuchung des Einflusses verschiedener Beschleunigungen auf die Schwimmbewegungen von Fischen, das Verhalten biologischer Zellmembranen, die Auge-Hand-Koordination beim Menschen und die Veränderung seiner Atmung, die Bildung von Metallschäumen, das Verhalten von magnetischen Flüssigkeiten und von Flüssigkeiten in Kapillaren. In einer besonders umfangreichen Experimentvorrichtung (EML-TEMPUS) werden die Eigenschaften von geschmolzenen Metalllegierungen während elektromagnetischer Levitation untersucht.

Was ist ein Parabelflug?

Bei einem Flugzeug-Parabelflug fliegen Testpiloten Flugbahnen, die einer Wurf-Parabel entsprechen. Das Flugzeug, ein Airbus A300 ZERO-G, befindet sich dann mit seinen Passagieren und Experimenten im freien Fall, das heißt es herrscht während dieser Phase annähernde Schwerelosigkeit. Vier speziell trainierte Testpiloten und Testflugingenieure fliegen diese einzigartigen Manöver zusammen, drei von ihnen sind für je eine Raumrichtung zuständig. Ihr Ziel ist es, durch feine Regulierung der Lage und Flugrichtung des Flugzeugs sowie des Triebwerkschubes eine möglichst lange Phase der Schwerelosigkeit mit möglichst geringen Restbeschleunigungen zu erreichen.

Aus dem horizontalen Flug holt das Flugzeug mit voller Schubkraft Schwung, erzielt damit eine vertikale Beschleunigung von 1,5 bis 1,8 g und fliegt steil nach oben. Nach dem Drosseln der Turbinen entsteht dann für 20 bis 22 Sekunden Schwerelosigkeit mit einer Restbeschleunigung von nur noch etwa 1/100 x g (Erdschwerkraft). Nach dem Abfangen des Flugzeugs im Steilflug nach unten herrscht für 20 Sekunden eine erhöhte Beschleunigung von rund 1,8 x g, die sich dann beim Horizontalflug für eine Minute auf 1 x g normalisiert. Nach fünf Parabeln gibt es eine längere Pause, um neue Experimente vorzubereiten oder Testpersonen auszuwechseln.

Nach einer ersten Testparabel folgen sechs Serien von je fünf Parabeln mit Pausen von vier bis acht Minuten zum Ändern von Experimentparametern und Wechseln von Testpersonen. Nach drei Flugtagen mit je 31 Parabeln stehen also insgesamt 31 bis 34 Minuten Schwerelosigkeit zur Verfügung. Falls eine bessere Schwerelosigkeitsqualität benötigt wird, können mit frei schwebenden Experimenten Restbeschleunigungen im Bereich von nur noch 1/10.000 erreicht werden. Außerdem können die Piloten die Flugmanöver so ausführen, dass im Flugzeug Beschleunigungen wie auf dem Mond oder dem Mars auftreten.

Standardmäßig werden die Parabelflüge vom Flughafen Bordeaux-Mérignac in Frankreich oder vom Flughafen Köln/Bonn aus im Auftrag des DLR durchgeführt.

Wie bringe ich mein Experiment auf einen Parabelflug?

Das DLR veranstaltet seit 1999 jährlich eine Parabelflug-Kampagne. Wissenschaftler deutscher Forschungsinstitutionen und Firmen können jederzeit einen ausführlichen, begutachtungsfähigen Experimentvorschlag beim DLR einreichen. Nach positiver Begutachtung wird ein Flugtermin festgelegt. Wissenschaftler haben dann etwa zehn bis zwölf Monate Zeit, um die Experimentiergeräte in einen flugfähigen Zustand zu bringen. Das DLR und die durchführende Firma Novespace beraten den Experimentator bei der Vorbereitung und dem Aufbau des Experimentes hinsichtlich der Einhaltung technischer Anforderungen und einschlägiger Sicherheitsvorschriften für den Einbau in ein Flugzeug.

Zusätzlich gibt es die Möglichkeit, Experimentvorschläge bei der ESA einzureichen, welche die selbe Vorgehensweise zur Auswahl und Vorbereitung von Parabelflug-Experimenten hat. Sind Sie Student und möchten ein Experiment auf einem Parabelflug durchführen, können Sie sich bei der Europäischen Weltraumorganisation ESA um eine Teilnahme auf einer Studenten-Kampagne bewerben.

Wie sieht der zeitliche Ablauf der Vorbereitung aus?

 

PF = Parabelflug  
PF minus 12 Monate Einreichen des Experimentvorschlags mit anschließender wissenschaftlicher Begutachtung
PF - 6 Monate Zuordnung zum Parabelflug und Vorbereitung des Experimentaufbaus
PF - 3 Monate Fertigstellen der Dokumentation und des Experimentes
PF - 1 Monat Medizinische Tests für mitfliegende Passagiere
PF - 1 Tag Anreise und Einbau der Geräte ins Flugzeug; Sicherheitsüberprüfung der Geräte und Einweisung der Passagiere
PF Drei Flugtage
PF + 1 Tag Abbau der Experimente und Abtransport
PF + Monate Auswertung der Experimente, Reports, Veröffentlichung der Ergebnisse

Welche Vorteile bietet ein Parabelflug für die Forschung?

  • Auf einem Parabelflug kann eigenständige Forschung durchgeführt werden, die nur wenige Sekunden Schwerelosigkeit benötigt.
  • Auf einem Parabelflug können Vor- und Teilexperimente durchgeführt werden, bevor man ein aufwändigeres Experiment auf einer Weltraummission, wie etwa der Internationalen Raumstation ISS, vorbereitet.
  • Für den Versuchsaufbau können die im Forschungslabor üblichen Geräte - unabhängig von ihrer Größe - verwendet werden. Sie werden in stabile und sichere Halterungen eingebaut und müssen vorgegebenen Sicherheitsanforderungen genügen. Der Versuchsaufbau kann in der Regel von Forschungsinstituten mit ihren Werkstätten selbst erstellt werden.
  • Wissenschaftler und Mitglieder der Arbeitsgruppen können das Experiment selbst durchführen und während des Experimentablaufs etwa Parameter variieren. Es ist also nicht nötig - jedoch möglich - andere Personen in die Handhabung von Geräten einzuweisen, oder das Experiment voll zu automatisieren.
  • Bei 93 Parabeln sind ganze Versuchsserien mit modifizierten Parametern möglich. Weitere Flugmöglichkeiten können in überschaubarem Zeitrahmen zur Verfügung gestellt werden.

Weitere Informationen zur Technik

Der Airbus A300 ZERO-G hatte 1973 seinen Jungfernflug und dient seitdem als Testflugzeug. Für Parabelflüge ist er wegen seiner starken Triebwerke besonders gut geeignet, weshalb er von der französischen Firma Novespace hierfür eingesetzt wird. Das Flugzeug wurde nur geringfügig verändert, erhielt zum Beispiel zusätzliche Sensoren für die exakte Aufzeichnung der herrschenden Beschleunigungen. Durchschnittlich finden fünf bis sieben Parabelflug-Kampagnen pro Jahr statt.

Verglichen mit anderen weltweit genutzten Flugzeugen für Parabelflüge bietet der Airbus A 300 ZERO-G den größten Experimentraum. Zwischen 50 Passagiersitzen in Bug und Heck bietet die Kabinenmitte auf 20 Metern Länge viel Platz zum Aufbau von Experimentanlagen. Es steht Experimentierfläche von 20 mal 4,9 Quadratmeter bei einer maximalen Höhe von 2,3 Metern zur Verfügung. Pro Flugtag können bis zu 15 verschiedene Experimentanlagen aufgebaut werden. Weitere technische Details wie elektrische Versorgung, Anforderungen an die Geräte und Versuchsaufbauten sind im User's Manual der Firma Novespace zu finden.

Wissenschaft und Experimente

Weitere Informationen über die bei den deutschen Parabelflügen durchgeführten Experimente aus den Bereichen Biowissenschaften, Physik und Materialforschung finden Sie über die Experimentlisten durch Links zu den Arbeitsgruppen.


Contact
Dr. Ulrike Friedrich
German Aerospace Center

Space Agency
, Microgravtiy Research
Tel: +49 228 447-323

Fax: +49 228 447-735

E-Mail: Ulrike.Friedrich@dlr.de
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Links zu diesem Artikel
http://www.novespace.fr/
http://www.esa.int/SPECIALS/HSF_Research/SEMU945XT9G_0.html
Texte zu diesem Artikel
Experimente Oktober 2014 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-41222/usetemplate-print/)
Experimente Februar 2014 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-39377/usetemplate-print/)
Experimente September 2013 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-38801/usetemplate-print/)
Experimente April 2013 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-38422/usetemplate-print/)
Experimente Dezember 2012 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-38268/usetemplate-print/)
Experimente September 2012 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-35206/usetemplate-print/)
Experimente Februar 2012 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-33337/usetemplate-print/)
Experimente September 2011 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-32006/usetemplate-print/)
Experimente Mai 2011 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-30863/usetemplate-print/)
Experimente November 2010 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-27583/usetemplate-print/)
Experimente März 2010 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-22974/usetemplate-print/)
Experimente September 2009 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-19291/usetemplate-print/)
Experimente Februar 2009 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-15448/usetemplate-print/)
Experimente April 2008 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-12029/usetemplate-print/)
Experimente November 2007 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-10725/usetemplate-print/)
Experimente September 2007 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-10190/usetemplate-print/)
Experimente November 2006 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-10142/usetemplate-print/)
Experimente Mai 2006 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-5186/usetemplate-print/)
Experimente 2005 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-5184/usetemplate-print/)
Experimente 2004 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-5136/usetemplate-print/)
Experimente 2003 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-5135/usetemplate-print/)
Experimente 2001 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-5134/usetemplate-print/)
Experimente 2000 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-5133/usetemplate-print/)
Experimente 1999 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-5132/usetemplate-print/)