Wie entstehen Planeten? Welchen Einfluss hat die Schwerkraft auf Werkstoffe? Wie reagiert der menschliche Körper auf Schwerelosigkeit? Und wie können Pflanzen erkennen, wo oben und unten ist? Antworten auf diese und viele andere spannende Fragen erhoffen sich Forschende von den Experimenten, die auf wissenschaftlichen Parabelflügen durchgeführt werden.
Die DLR-Parabelflugkampagnen der Deutschen Raumfahrtagentur werden mit einem speziell ausgerüsteten Flugzeug, dem Airbus A310 ZERO-G der französischen Firma Novespace, durchgeführt. Um Schwerelosigkeit zu erlangen, fliegen die Piloten ein besonderes Manöver: sie bringen das Flugzeug auf eine parabelförmige Flugbahn. Diese Bahn gleicht einer normalen Wurfparabel. Dabei steigt das Flugzeug aus dem horizontalen Flug steil nach oben, drosselt dann die Schubkraft der Turbinen und "fällt" durch den Restschub erst nach oben und nach dem Erreichen des Gipfelpunktes der Parabel wieder nach unten, so dass für eine Zeitspanne von rund 22 Sekunden Schwerelosigkeit herrscht. Diese Zeit nutzen die Forschenden für ihre Experimente. Nach jeder Parabel wird das Flugzeug wieder in den horizontalen Flug gebracht.
35 Minuten Schwerelosigkeit pro Kampagne
Die Parabelflugkampagnen der Deutschen Raumfahrtagentur finden ein bis zweimal jährlich statt und bestehen in der Regel aus drei Flugtagen mit je etwa vier Flugstunden, an denen jeweils 31 Parabeln geflogen werden. Insgesamt stehen so bei einer Flugkampagne etwa 35 Minuten Schwerelosigkeit - im Wechsel mit normaler und doppelter Erdbeschleunigung - zur Verfügung. Die Experimentierzeit ist damit zwar deutlich kürzer als bei der Forschung auf der Internationalen Raumstation ISS, doch dafür bietet der Parabelflug den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern besondere Vorteile, die auf keiner anderen Forschungsplattform gegeben sind. So können sie ihre normalen Laborgeräte verwenden, die sie im Laufe der Vorbereitungen eigenhändig in geeignete Halterungen (sogenannte Racks) einbauen. Vor allem aber können sie ihre Experimente an Bord selbst durchführen und steuern. Zudem finden die Parabelflüge regelmäßig und zu kalkulierbaren, verlässlichen Terminen statt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Experimente an mehreren Flugtagen hintereinander durchgeführt und auf nachfolgenden Kampagnen wiederholt werden können. Hierdurch sind die Forscher in der Lage, Versuchsserien in einem überschaubaren Zeitraum durchzuführen. Auch fallen bei Parabelflügen die oft jahrelangen Vorbereitungszeiten, die Experimente auf der ISS benötigen, weg: Die Experimente können in sechs bis zwölf Monaten für den Flug tauglich gemacht werden. Bis zu 40 Forschende können an einem Flug teilnehmen, bei dem sich im Normalfall elf bis 13 Experimente an Bord befinden.
Forschung in reduzierter Schwerkraft: Mond- und Mars-Parabeln
Durch geeignete Flugmanöver können mit dem Airbus A310 ZERO-G auch Schwerkraftverhältnisse, wie sie auf dem Mond (0,16 g) oder dem Mars (0,38 g) herrschen, erzielt werden. Dies kann zur Beantwortung spezieller wissenschaftlicher Fragen wichtig sein. Diese sogenannten Partial-G-Parabelflüge wurden in der Vergangenheit je nach Bedarf von der Europäischen Weltraumorganisation ESA, der französischen Raumfahrtagentur CNES und der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR gemeinsam durchgeführt. Im Moment bietet die ESA diese Art von Flügen bereits einmal pro Jahr an. Die Deutsche Raumfahrtagentur wird in Zukunft neben den Kampagnen in Schwerelosigkeit auch nationale Kampagnen unter verminderter Schwerkraft anbieten.
Parabelflug-Forschung seit den 1950er Jahren
Die beiden deutschen Wissenschaftler Fritz und Heinz Haber veröffentlichten in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts als Erste eine Abhandlung darüber, dass Parabelflüge mit Flugzeugen für wissenschaftliche Zwecke in der Forschung in Schwerelosigkeit genutzt werden können. Anfangs wurden besonders Astronauten für ihren Aufenthalt in Schwerelosigkeit trainiert. Seitdem werden Parabelflüge für wissenschaftliche Experimente in Schwerelosigkeit (Mikrogravitation) und zum Testen von Raumfahrttechnik eingesetzt.