Der Fallturm des Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) in Bremen. Bild: DLR (CC-BY 3.0)
Schon im 18. Jahrhundert wurden Falltürme in England industriell genutzt. William Watt hatte sich eine neue Methode ausgedacht, um qualitativ hochwertige Schrotkugeln zu erzeugen: Er ließ oben in einem Turm geschmolzenes Blei durch ein feines Sieb tropfen. Während das Blei herunterfiel, formte es sich zu perfekten Kugeln, die schnell abkühlten und unten aufgefangen wurden.
Heute werden Falltürme vor allem in der Forschung eingesetzt. Sie bieten eine vergleichsweise preisgünstige Möglichkeit, unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit zu arbeiten. Durch den Fall im Hochvakuum sinkt die Restbeschleunigung auf unter ein Millionstel der Erdbeschleunigung. Zum Vergleich: Auf der Internationalen Raumstation treten noch Restbeschleunigungen von bis zu einem Hundertstel der Erdbeschleunigung auf.
Ein Nachteil bei dieser Methode ist allerdings die kurze Experimentierzeit. Der Fallturm des ZARM in Bremen bietet bei einer Höhe von 146 Metern eine Fallzeit von 4,75 Sekunden. Durch den Einsatz einer Katapultvorrichtung, die die Experimentkapsel den Turm hinaufschleudert, kann diese Zeit verdoppelt werden, denn nach der Beschleunigung der Kapsel beschreibt sie eine „Wurfparabel" mit horizontalen Auslenkungen von 0 Grad. Andere Falltürme in den USA oder Japan sind deutlich niedriger und erreichen 1 bis 2 Sekunden Schwerelosigkeit. Der 1000 Meter tiefe Fallschacht „JAMIC" in Japan, der eine Fallzeit von 10 Sekunden ermöglicht, hat seinen Betrieb vorläufig eingestellt.
Was kann man in dieser kurzen Zeit messen?
Eine ganze Reihe physikalischer und chemischer Vorgänge lassen sich innerhalb von 3 bis 9 Sekunden untersuchen. In Bremen werden vor allem Strömungen und Analysen von Verbrennungsvorgängen untersucht. Aber auch biologische Systeme können den Fallturm nutzen: Reaktionen an Membranen erfolgen im Bereich von Millisekunden und selbst zur Analyse des Schwimmverhaltens von Pantoffeltierchen reichen 4 Sekunden aus. Für die Messung an biologischen Systemen bieten Falltürme einen besonderen Vorteil: Sie ermöglichen einen stufenförmigen Übergang von 1 g nach 0 g, sodass man die Nachwirkungen der erhöhten Beschleunigungen, wie sie z.B. bei Raketen- oder Parabelflügen auftreten, vermeidet.
Falltürme werden auch häufig eingesetzt, um Apparaturen oder experimentelle Fragestellungen auf ihre Tauglichkeit für längere, erheblich teuere Versuchskampagnen zu testen. Für viele Wissenschaftler sind sie sind damit ein „Sprungbrett zur Raumstation".