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Selbstversuch: Parabelflug

Parabelflüge ermöglichen es Menschen, auch jenseits des Weltalls schwerelos zu sein. Wir waren bei einem Schwerelosigkeitsexperiment mit an Bord.

Parabelflüge ermöglichen es Menschen, auch jenseits des Weltalls schwerelos zu sein.

Einmal im Leben schwerelos sein – ein Traum, den viele haben und die wenigsten erfüllt bekommen. Glück hat, wer Forscher ist. Der kann sich beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) um eine Teilnahme an einer der jährlichen Parabelflugkampagnen bewerben und in Schwerelosigkeit seinem Forschungsgegenstand näher kommen. Wer nicht so der Forschertyp ist, hat immer noch die Wahl, prominent oder Journalist zu werden. Denn zum Abschluss einer meist zweiwöchigen Parabelflugkampagne dürfen Angehörige dieser Spezies mit an Bord der – wie der Volksmund sagt – ›Kotzbomber‹. Aus vermutlich nicht völlig willkürlichen Gründen beinhalten diese ›Public Flights‹ allerdings nur zwölf statt 31 Parabeln, wie sie auf normalen Forschungsflügen üblich sind.

So stehen knapp 30 Journalisten und Prominente wie Bundesverkehrsminister Peter Ramsauer, Skilegende Markus Wasmeier und Rallye-Dakar-Siegerin Jutta Kleinschmidt am 17. und 18. September auf dem Flughafen Köln/Bonn in der Mitte eines Airbus A300. Dort, wo sich in normalen Flugzeugen Sitze befinden, ist ein großzügig gestalteter Freiraum, nur von ein paar Netzen in einzelne ›Flight Areas‹ separiert und vor allem ausreichend gepolstert. Sie alle warten auf den großen Moment, den Eintritt in die Schwerelosigkeit.

Eigentlich ist das mit der Schwerelosigkeit ja ganz einfach

Man nimmt einen Stuhl, stellt sich drauf, springt runter und ist schwerelos – für satte 0,3 Sekunden. Wenn man statt des Stuhls das DHL-Gebäude in Bonn wählt, dauert der Zustand der Schwerelosigkeit sogar knapp sechs Sekunden. Dieses Verfahren hat allerdings Nachteile, die auf der Hand und später auch auf dem Asphalt liegen. Und genauso liegt es auf der Hand, dass diese Versuchsanordnungen nicht vernünftig gewählt scheinen, um Forschung zu betreiben – und darum geht es letztlich bei den Parabelflugkampagnen: wissenschaftlichen Fortschritt. Besser geeignet als der Sprung vom Stuhl ist aus wissenschaftlicher Perspektive der Fallturm in Bremen. D

as Gebäude ist eine in Europa einzigartige Forschungseinrichtung, in der seit 1990 Experimente unter Schwerelosigkeit durchgeführt werden. Dazu werden die entsprechenden Experimentanlagen in eine Kapsel integriert, die während ihres freien Falles aus einer Höhe von 120 Metern innerhalb des Turmes für die Dauer von 4,74 Sekunden einer Schwerelosigkeit von weniger als einem Hunderttausendstel der normalen Erdschwerkraft ausgesetzt ist. Seit 2004 ermöglicht ein Katapult-System die Verdoppelung dieser Experimentierzeit. Das Spektrum der Experimente reicht dabei von der erkenntnis- und anwendungsorientierten Grundlagenforschung bis hin zur Produktentwicklung.

Technisch geht ein Parabelflug so: Der speziell ausgestattete Airbus A300, der auf den schönen Namen Zero-G hört, fliegt eine Wurfparabel, indem er auf etwa 6.100 Metern Höhe einen Steilflug im 47-Grad- Winkel auf 8.500 Meter Höhe startet. In dieser 20-sekündigen Phase der Hyperschwerkraft wirken auf die Passagiere 1,8 g, also nahezu die doppelte Schwerkraft. Anschließend setzt, wenn die Schubkraft der Turbinen gedrosselt wird, die Schwerelosigkeit ein. Beim Sinkflug im 42-Grad-Winkel zurück auf rund 6.100 Meter wiederum herrschen erneut 1,8 g.



Das DLR verfolgt mit den Parabelflügen vier Ziele: Erforschung grundlegender Lebensfunktionen, Entwicklung neuer Diagnostikmethoden und Therapien in der Medizin, Erweiterung der Horizonte in der physikalischen Forschung und innovative Materialforschung. Seit mehr als zehn Jahren erhöht sich auch in Deutschland der Bedarf von Wissenschaftlern, auf Parabelflügen zu experimentieren.

Das DLR hat deshalb 1999 entschieden, regelmäßig eigene Parabelflüge zu veranstalten. Diese finden seither ein- bis zweimal jährlich statt. Da Deutschland Mitglied der ESA ist, können deutsche Forscher und Ingenieure zusätzlich auch die Parabelflüge der Europäischen Weltraumorganisation nutzen.

Mehr Informationen unter www.dlr.de


Humanforschung aber kann auch der Fallturm nicht bieten. Dafür gibt es eben jene Parabelflüge, die von der französischen Firma Novespace angeboten und unter anderem von der European Space Agency (ESA) und dem DLR durchgeführt werden. Bei diesen Parabelflügen kann Schwerelosigkeit von je 22 Sekunden pro Parabel simuliert werden. Eine Parabel dauert etwa eine Minute und zehn Sekunden und besteht aus zwei Phasen mit doppelter Schwerkraft, der sogenannten Hyperschwerkraft, in die die 22 Sekunden Schwerelosigkeit eingebettet sind.

Genau an diesem Punkt der doppelten Schwerkraft kommen wir wieder zum Kotzbomber. In diesen Phasen wird’s für den Körper kritisch, da zwei grundverschiedene Informationen auf das Hirn einprasseln. Die kleinen Härchen in den Ohren, die für das Gleichgewicht zuständig sind, liegen in der Hyperschwerkraft komplett an und signalisieren damit dem Gehirn: Der Körper ruht. Die Augen aber nehmen Bewegungen wahr und sagen dem Hirn: Hier passiert etwas. Das muss man sich so vorstellen wie bei Otto Waalkes’ berühmtem Sketch ›Der menschliche Körper‹: »Ohr an Großhirn, Ohr an Großhirn: Ruhe.« »Auge an Großhirn, Auge an Großhirn: Paaaaaaaarty!!!« Und schließlich: »Großhirn an Magen: Kotzen!« Um das zu vermeiden, bekommt jeder Teilnehmer, der möchte (und es ist dringend empfohlen zu möchten) im Vorfeld des Flugs übelkeitsunterdrückende Medikamente. Zudem sollte man während der doppelten Schwerkraft stur geradeaus schauen und den Kopf auf gar keinen Fall bewegen – nicht mal, wenn der Verkehrsminister einem anbietet, das persönliche Strafregister in Flensburg zu löschen.

Stur geradeaus schauen, den Kopf möglichst nicht bewegen, das alles machen ganz brav die Teilnehmer des Parabelflugs, als nach knapp 30 Minuten Flugzeit die Nordsee erreicht ist, über der die Manöver stattfinden. Der Pilot Stéphane Pichené kündigt die erste Parabel mit dem Kommando »Injection« an und plötzlich sind wir schwerelos. Zumindest relativ. Die erste Parabel nämlich simuliert die atmosphärischen Begebenheiten, wie sie auf dem Mars herrschen, also 0,38 g. Wie Flummis hüpfen die Körper hoch und runter, 22 Sekunden lang, um dann in der Hyperschwerkraft gänzlich zu ruhen, nach vorne zu schauen. Zwei Minuten Pause, jetzt steht die nächste Parabel an. Es ist eine Mondparabel, wie Neil Armstrong hüpfen wir bei 0,16 g langsam durch das Flugzeug. Wieder zwei Minuten Pause, wieder Hyperschwerkraft und nun – 0 g, absolute Schwerelosigkeit. Wir verlieren die Kontrolle über unsere Körper, und zugegeben: Etwas unbeholfen hängen wir bei der ersten ›richtigen‹ Parabel gequetscht unter der Flugzeugdecke. Erwachsene Männer kichern munter drauf los, Endorphine jagen durch den Körper und so richtig kapiert in dem Moment wohl niemand, was da eigentlich gerade passiert.

Parabelflugzeug A300 Zero-G Der A300 ist besonders gut für Parabelflüge geeignet, denn seine starken Turbinen liefern den für derartige Manöver notwendigen Schub. Die Struktur des A300 Zero-G wurde nicht verändert. Im Cockpit wurden hingegen einige Schalter umgeordnet, damit die Piloten sie auch in der Schwerelosigkeit gut erreichen können. Ein Bildschirm erlaubt die Beobachtung der Passagierkabine per Video. Für die Parabelflüge ist die Passagierkabine bis auf 50 Sitze hinter dem Cockpit und im Heck leer geräumt. Dieser Raum von 100 Quadratmetern und maximal 2,3 Metern Höhe steht für Experimente zur Verfügung und ist zum Schutz der Forscher mit Schaumstoffmatten ausgepolstert.

Sich der Schwerelosigkeit völlig hingeben können die Forscher an Bord nicht. Sie haben ihre Beine fest am Boden verankert, um sich auf ihre Arbeit konzentrieren zu können. Da ist zum Beispiel Dr. Matthias Sperl vom Institut für Materialphysik im Weltraum beim DLR in Köln. Er und sein Team testen die Dynamik granularer Medien unter Schwerelosigkeit, klassische Grundlagenforschung also. Das ist einer dieser Arbeitstitel, bei denen sich jene an Bord, die eben nicht Forscher, sondern prominent oder Journalist sind, fragen: Warum?

»Wir interessieren uns dafür, wie sich Granulate verhalten, wenn die Gravitation weg ist. Das große Problem bei granularen Systemen liegt darin, dass zwei Teilchen, die aufeinandertreffen, Energie verlieren. Das kennt man von Murmeln, die man auf den Boden wirft. Die kommen nicht mehr auf die Höhe, von der man sie ursprünglich fallen lassen hat«, erklärt Dr. Sperl und ergänzt: »Die Schwerkraft spielt dabei eine große Rolle, weil sie die Teilchen immer zum Boden zieht. Wenn die Teilchen unter Schwerelosigkeit aufeinandertreffen, können wir hoffentlich verstehen, welche Eigenschaften des Energieverlusts der Schwerkraft geschuldet sind und welche den Granulaten an sich. Dieses grundlegende Verständnis soll einfließen in die Entwicklung von mathematischen Modellen und Gleichungen, mit denen das Verhalten granularer Materie vorhergesagt werden kann.«

Etwas plastischer ist ein Experiment der Deutschen Sporthochschule Köln. »Wir wollen herausfinden, wie das Gehirn auf Schwerelosigkeit reagiert«, erklärt Dr. Stefan Schneider vom Institut für Bewegungs- und Neurowissenschaft, der schon seit sechs Jahren an Parabelflügen teilnimmt und das Projekt immer weiter entwickelt hat. Während die Forschungen zur Auswirkung von Schwerelosigkeit auf muskel- und knochenphysiologische Systeme sehr weit fortgeschritten sind, gibt es bislang nur Untersuchungsansätze zum Einfluss von Schwerelosigkeit auf die Hirnphysiologie. Um das zu ändern, bekommt eine Probandin eine Kappe mit 64 Elektroden auf den Kopf, die an unterschiedlichen Arealen des Gehirns die Hirnströme aufnehmen. »Unser Gehirn arbeitet mit Milliarden von Nervenzellen, die mittels elektrischer Impulse untereinander kommunizieren. Diese Impulse zeichnen wir mit dem hochmodernen System auf. Damit wollen wir erforschen, wie sich körperliche Höchstleistungen und Stresssituationen auf unsere mentale, also kognitive Leistungsfähigkeit und unser emotionales Wohlbefinden auswirken«, so Dr. Schneider zu den Zielen.


Ebenfalls der Humanforschung widmet sich Dr. Günter Hahn vom Zentrum für Anaesthesiologie, Rettungs- und Intensivmedizin der Universitätsmedizin Göttingen. Er untersucht die Verteilung der Luft in der Lunge mittels Elektrischer Impedanz-Tomographie (EIT), mit der auf verschiedenen Ebenen der Lunge Luftgehalt und Luftgehaltsveränderungen bestimmt werden können. Auch bei diesem Experiment wird ein Proband verkabelt. »Das Neuartige ist, dass wir bildgebende Verfahren einsetzen können, ohne den Patient Strahlenbelastungen auszusetzen. Somit können Ärzte direkt am Krankenbett die Verteilung der Luft bei künstlicher Beatmung bestimmen. Es ist wichtig, die Verteilung der Luft bei künstlicher Beatmung zu kennen und gegebenenfalls beeinflussen zu können, um nicht geschädigte Bereiche der Lunge zusätzlich zu belasten und um gesunde Bereiche der Lunge nicht zu schädigen«, erklärt Dr. Hahn.

Die Forscher haben an den Tagen der ›Public Flights‹ den Großteil ihrer Arbeit schon während der regulären Forschungsflüge geschafft und können somit bei den letzten anstehenden Parabeln selbst die Vorzüge der Schwerelosigkeit genießen. Handball, zum Beispiel. Oder sich einfach nur dem Genuss des Schwebens hingeben. Mit jeder Parabel gewinnen auch wir Fluggäste an Sicherheit, kleben nicht mehr unbeholfen unter der Decke, sondern trauen uns kleinere Stunts zu: in der Luft schwebend einen Salto um die eigene Körperachse drehen, mit Schwimmbewegungen durch das Flugzeug fliegen oder einfach nur treiben lassen.

Die Schwerelosigkeit bedeutet Freiheit, Glücksgefühle, die Hyperschwerkraft aber ist für den Körper im wahrsten Sinne des Wortes schwere Arbeit. Sich einfach mal am Kopf kratzen? Fast unmöglich. Ein Bein hochziehen? Nichts zu machen. Wie Blei hängen die Gliedmaßen am Körper, starr und kaum beweglich, um sich in der nächsten Sekunde butterweich anzufühlen und durchs Flugzeug zu schweben. Ein Widerspruch, der mit der Zeit anstrengt. Nach drei Zusatzparabeln und 2,5 Stunden Gesamtflugzeit haben wir wieder Boden unter den Füßen. Für die Forscher enden damit nur ihre Praxistests. Für sie heißt es jetzt Daten auswerten, analysieren und Schlussfolgerungen ziehen, um bei der nächsten Kampagne wieder einen Schritt weitergehen zu können. Für uns Fluggäste endet hingegen der Traum von der Schwerelosigkeit – vermutlich für immer. Und du? Die ESA veranstaltet jährlich einen Parabelflug für Studenten …


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