Beschreibung einer Kampagne



 Wissenschaftlerin der TU Darmstadt bei einem Spraytropfen-Experiment
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Schwerelos für 22 Sekunden

Experimentieren in Schwerelosigkeit: Ein Airbus A310 ZERO-G fliegt spezielle Flugmanöver, so genannte Parabeln, wobei jeweils für etwa 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). In der Phase der Mikrogravitation herrschen an Bord etwa 22 Sekunden Schwerelosigkeit.

Wissenschaftler und Ingenieure aus verschiedenen Fachbereichen wie Physik, Materialforschung, Biologie, Humanphysiologie / Medizin und Sportwissenschaften entwerfen ihre Experimente so, dass die jeweils 22 Sekunden Schwerelosigkeit als Mess- und Experimentierzeit ausreichen, um ihre Fragestellungen zu beantworten. Bei einigen Untersuchungen werden auch die typischen Wechsel zwischen den verschiedenen Beschleunigungen ausgenutzt, um die Reaktion des zu untersuchenden Phänomens auf diese Wechsel beziehungsweise die verschiedenen Beschleunigungsphasen 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 und von Sprays. In einer besonders umfangreichen Experimentvorrichtung (TEMPUS) werden die Eigenschaften von geschmolzenen Metalllegierungen während elektromagnetischer Levitation untersucht.

Parabelflug

Was ist ein Parabelflug?

Bei einem Flugzeug-Parabelflug fliegen Testpiloten Flugbahnen, die einer Wurf-Parabel entsprechen. Das Flugzeug, ein Airbus A310 ZERO-G, befindet sich dann mit seinen Passagieren und Experimenten im freien Fall, das heißt, es herrscht während dieser Phase annähernde Schwerelosigkeit. Drei speziell trainierte Testpiloten fliegen diese einzigartigen Manöver zusammen, je einer ist für 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 senkrecht auf den Flugzeugboden gerichtete  Beschleunigung von 1,5 bis 1,8 g und fliegt steil nach oben. Nach dem Drosseln der Turbinen entsteht dann für etwa  22 Sekunden Schwerelosigkeit mit einer Restbeschleunigung von nur noch einigen 1/100 g (Erdschwerkraft). Nach dem Abfangen des Flugzeugs im Steilflug nach unten herrscht wieder für 20 Sekunden eine erhöhte Beschleunigung von rund 1,8 g, die sich dann beim Horizontalflug für fast zwei  Minuten auf 1 g normalisiert.

Nach einer ersten Testparabel folgen sechs Serien von je fünf Parabeln mit Pausen von vier bis zehn Minuten zum Ändern von Experimentparametern und Wechseln von Proben und Testpersonen.

 Nach drei Flugtagen mit je 31 Parabeln stehen also insgesamt 31 bis 34 Minuten Schwerelosigkeit zur Verfügung. Wenn für eine Fragestellung eine bessere Schwerelosigkeits-Qualität benötigt wird, kann man ein Experiment frei schweben lassen. Die  Restbeschleunigungen liegen dann nur noch bei 1/10.000 g. 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 und gelegentlich vom Flughafen Köln/Bonn aus im Auftrag des DLR durchgeführt.

Wie bringe ich mein Experiment auf einen Parabelflug?

Das DLR veranstaltet seit 1999 jährlich mindestens eine, in der Regel zwei Parabelflug-Kampagnen. Wissenschaftler deutscher Forschungsinstitutionen und Firmen können jederzeit einen ausführlichen, begutachtungsfähigen Experimentvorschlag beim DLR einreichen. Nach positiver Begutachtung wird ein Flugtermin festgelegt. Die Wissenschaftler haben dann etwa sieben 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. Dabei müssen besonders technische Anforderungen und einschlägige Sicherheitsvorschriften für den Einbau in ein Flugzeug beachtet werden.

Zusätzlich gibt es für deutsche Wissenschaftler die Möglichkeit, Experimentvorschläge bei der ESA einzureichen, die dieselbe Vorgehensweise zur Auswahl und Vorbereitung von Parabelflug-Experimenten hat.

Wie sieht der zeitliche Ablauf der Vorbereitung aus?

PF = Parabelflug  
PF minus 12 Monate Einreichen des Experimentvorschlags beim DLR mit anschließender wissenschaftlicher Begutachtung
PF - 7 Monate Zuordnung zum Parabelflug und Vorbereitung des Experimentaufbaus; Teilnahme an einem einführenden Workshop in Bordeaux
PF - 3 Monate Fertigstellen der Dokumentation und des Experimentaufbaus
PF - 2 Monate Bei neuen Experimenten: Besuch eines Novespace-Ingenieurs beim Experimentator zur Experimentprüfung und -besprechung
PF - 1 Woche 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 (drei Flugtage à 31 Parabeln) sind ganze Versuchsserien mit modifizierten Parametern möglich. Weitere Flugmöglichkeiten können in überschaubarem Zeitrahmen zur Verfügung gestellt werden.
  • Die halbjährlichen Termine sind ein Jahr im Voraus bekannt, damit kalkulierbar und verlässlich. Dadurch ist der zeitliche Ablauf eines Forschungsprogrammes gut einschätzbar. Die Nutzung dieser Fluggelegenheit kann deshalb auch gut in den Zeitplan für z.B. eine Doktorarbeit eingebaut werden.

Weitere Informationen zur Technik

 Ausfahren einer Antennenstruktur unter Schwerelosigkeit
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Der Airbus A300 ZERO-G hatte 1973 seinen Jungfernflug und diente anfangs als Testflugzeug. Von 1997 bis 2014 wurde er als Parabelflugzeug eingesetzt. Der Flughafen Köln-Bonn hat den Airbus im Jahr 2014 gekauft und stellt es künftig für die Öffentlichkeit zur Besichtigung aus. Als neues Parabelflugzeug wird ab 2015 ein Airbus A310 ZERO-G eingesetzt, der zuvor als so genannte „Kanzlermaschine“ für die deutsche Regierung geflogen ist. Das Flugzeug wurde für die Parabelflüge umgebaut;  beispielsweise wird der größte Teil der Flugzeugkabine mit Matratzen ausgekleidet, damit sich die Passagiere während der Parabelmanöver nicht verletzen.

Durchschnittlich finden bei Novespace sechs Parabelflug-Kampagnen pro Jahr statt. Inzwischen bietet die Firma zusätzlich in so genannten Discovery-Flügen das Erlebnis „Schwerelosgkeit“ für Jedermann an. Verglichen mit anderen weltweit genutzten Flugzeugen für Parabelflüge in den USA, Russland und Japan bietet der Airbus A 310 ZERO-G den größten Experimentierraum. Die Experimentierfläche vor den 50 Passagiersitzen im Heck bietet auf 20 mal 4,9 Metern und einer maximalen Höhe von 2,3 Metern viel Platz zum Aufbau von Experimentanlagen. Hier werden üblicherweise 12 bis 13 verschiedene Experimentanlagen aufgebaut. Weitere technische Details wie die elektrische Versorgung, Sicherheitsregeln für Geräte und die Versuchsaufbauten stellt die Firma Novespace den ausgewählten Experimentatorenteams zur Verfügung.

Wissenschaft und Experimente

Weitere Informationen über die bei den deutschen Parabelflügen durchgeführten Experimente aus den Bereichen Biowissenschaften, Physik und Materialforschung finden Sie über die Experimentseiten. Dort sind alle Experimente kurz beschrieben und Links führen zu Webpages der 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 September 2015 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-43393/usetemplate-print/)
Experimente April/Mai 2015 (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2285/3423_read-42233/usetemplate-print/)
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/)