Raumfahrt 01.12.2000, 17:27 Uhr

Nach gut vier Sekunden ist alles wieder vorbei

Viel Zeit haben Wissenschaftler nicht, wollen sie auf der Erde unter Schwerelosigkeit experimentieren. Aber es geht – und die Forschungsergebnisse sind auch für die Industrie interessant.

Eine kleine Wolke winziger Styropor- Kügelchen weht über den Boden der lichten Halle, sobald die Tür nach draußen aufgeht. Wie feiner Schnee liegen die Kügelchen auch auf dem Boden eines gut 2,6 m hohen Gestells, das in der Halle steht. In der Mitte des runden Gestells eine leere Küvette aus durchsichtigem Plexiglas, umgeben von Kabeln, Strahlenteilerwürfeln, Akkus, zwei digitalen Hochgeschwindigkeitskameras.
Mark Michaelis und Holger Faust werfen einen letzten Blick auf die Küvette, dann rollen zwei Ingenieure das Gestell auf einem Transportwagen ins Zentrum der Halle, die Styropor-Kügelchen auf dem Boden werden immer mehr. Doch der Blick geht in die Höhe, gut 120 m, in ein enges, düsteres Rohr: die Fallröhre des Bremer Fallturms.
Seit genau zehn Jahren bietet der weithin sichtbare Fallturm am Rande des Bremer Universitätsgeländes Wissenschaftlern die Möglichkeit, für kurze Zeit Experimente unter Schwerelosigkeit durchzuführen. Er gehört zum Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (Zarm). Das Zarm ist ein Institut des Fachbereichs Produktionstechnik der Uni Bremen mit gut 70 MitarbeiterInnnen und wird von Prof. Hans J. Rath geleitet.
Mit dem Betrieb des gut 40 Mio. DM teuren Fallturms ist eine eigene 15-köpfige Betriebsgesellschaft beauftragt, deren Chef ebenfalls Rath ist. An die 3200 Flüge mit der Fallkapsel sind im Fallturm in Bremen bereits durchgeführt worden – 4,7 s dauert ein Flug. Biologen, Thermodynamiker, Materialforscher und Fluidmechaniker geben sich hier die Klinke in die Hand. Bis zu drei „Flüge“ am Tag sind möglich.
Vorsichtig senkt ein Kran jetzt die Aluminiumverkleidung über das Gestell, schließlich wird die Kapsel luftdicht verschlossen und an das Drahtseil gehängt, das die Kapsel in die Spitze der Fallröhre ziehen wird.
Nun löst sich auch das Rätsel der Styropor-Kügelchen – sie kommen aus einer gigantischen Tonne, 8 m hoch, gut 3 m im Durchmesser, die unter die Fallröhre geschwenkt wird und die Kapsel nach ihrem Sturz aus 119 m auffängt.
Warnleuchten springen an, das rote Tor, mit dem die Fallröhre samt der Kammer mit dem Auffangcontainer hermetisch abgedichtet wird, schließt sich. Michaelis und Faust verschwinden mit zwei Ingenieuren der Fallturm-Betriebsgesellschaft im Kontrollraum, werfen ihre Computer an, während in der Röhre die Kapsel automatisch nach oben gezogen wird. Sie checken die Kamera und die Funkverbindungen zur Kapsel, als alles läuft, springen die Pumpen an, die Fallröhre wird „evakuiert“, leergepumpt.
Seit gut zehn Jahren arbeitet der Diplomingenieur Holger Faust am Zarm. Er setzt die Ideen von jungen Wissenschaftlern wie Michaelis in technisch realisierbare Experimente um.
Der 28-jährige Wissenschaftler Michaelis untersucht das Verhalten von Flüssigkeiten beim Übergang aus der Erdanziehung in die Schwerelosigkeit, ein Phänomen, das vor allem die Hersteller von Tanks für Raketen und Satelliten interessiert. „Genau zu wissen, wie sich der Treibstoff in dieser Phase verhält und wo er sich befindet, ist beim Bau von zukünftigen Raketen- und Satellitentanks von großer Bedeutung. Tanks lassen sich so leichter und weniger aufwendig konstruieren. Und in der Raumfahrt zählt jedes Gramm,“ erzählt Michaelis, während die Röhre leergepumpt wird. Gut 100 Minuten dauert es, bist der Druck bis auf 10 Pa gesenkt ist.
Viel Aufwand für 4,7 s Schwerelosigkeit. Doch die Alternativen wären die wesentlich teureren Parabelflüge mit Raketen oder ein Besuch auf der Raumstation. Ein „Flug“ im Zarm kostet mal gerade 7000 DM, in dem einzigen vergleichbaren System auf der Erde, einem Fallschacht in Japan, muss ein Wissenschaftler pro Flug schon 50 000 DM hinlegen, wenn die Flugzeit auch fast doppelt so lang ist.
Doch da will das Bremer Zarm nachrüsten. Unter dem Falltum gähnt ein 12 m tiefes Loch. In ein paar Monaten soll hier ein Katapult stehen, das die Kapsel in die Höhe schießt. Damit wird sich die Zeit der Schwerelosigkeit in der Kapsel auf 9 s erhöhen. 2001 soll die knapp 6 Mio. DM teure Erweiterung des Zarm einsatzbereit sein.
Mittlerweile ist das Leerpumpen der Fallröhre fast abgeschlossen. Michaelis wirft jetzt von seinem Rechner aus einen kleinen Motor in der Fallkapsel an, langsam wird von unten eine durchsichtige Flüssigkeit in die Küvette gepumpt. „Wir warten damit so lange wie möglich, um zum Test am Rand der Küvette eine definierte Benetzung zu haben, die nicht durch schnelles Pumpen gestört wird“.
Aber es gibt noch andere Störfaktoren, denn auf dem platten Land um Bremen pfeift der Wind im Herbst ganz schön. Heute sind es nur 5 Windstärken, aber oben im Turm kann man deutlich merken, wie er leicht schwankt. An sich spielt das keine Rolle, denn die stählerne Fallröhre im Inneren des Turms hat einen deutlichen Abstand zur Turmwand. Aber die Schwankungen, erklärt Faust, „können sich über die Fundamente vom äußeren Turm auf die Fallröhre übertragen, wenn der Wind zu stark ist“. Noch am Morgen hat sich Michaelis Sorgen über den Wind gemacht. „Bläst er zu stark, wird es kritisch mit dem Experiment.“ Das Schwanken des Turm könnte die Flüssigkeit in der Küvette bewegen.
Auf dem Bildschirm im Kontrollraum füllt sich die Küvette langsam mit Flüssigkeit, scharf zeichnet sich ihre Oberfläche ab, die an der Wand des Behälters durch die kapillaren Effekte leicht ansteigt. Gut 20 Minuten dauert es, bis die kleine Küvette voll ist.
Neben dem Bildschirm eine rot leuchtende Digitalanzeige, die das Vakuum in der Fallröhre anzeigt. Langsam nähert sie sich 10 Pa, dann bleibt sie stehen.
„Wir sind soweit“, kommt es von einem der Ingenieure im Kontrollraum. Michaelis nickt, er hat es jetzt in der Hand, die Kapsel auszulösen. Noch ein Blick auf den Bildschirm, dann der Start. 10 s dauert es, bis Kameras und Messgeräte anspringen, dann stürzt die Kapsel in die Tiefe – und man sieht nichts.
Der Bildschirm ist schwarz. „Wenn wir fliegen“, so Michaelis, „bricht der optische Kontakt zu Kapsel ab“. Dann ist ein entfernter Rums zu hören, aber auch nur, wenn man darauf vorbereitet ist. Die Kapsel ist aufgeschlagen. 4,7 s hat die Schwerelosigkeit gedauert, dann ist das 350 kg schwere Geschoss in den Styropor-Container gerauscht, wird in 0,2 s von 167 km/h auf 0 km/h abgebremst.
Dann heißt es wieder warten. Gut eine halbe Stunde dauert es, bis in der Fallröhre wieder normale Bedingungen herrschen, die Kapsel aus dem Styropor-Container gefischt ist. Die Hülle wird abgehoben, Michaelis überspielt die Daten der Videokamera auf seinen Rechner. Erst dann kann er sehen, ob das Experiment geklappt hat. Doch er ist zufrieden. Deutlich sieht man auf dem Bildschirm, wie die Flüssigkeit in der Schwerelosigkeit an der Wand der Küvette hochgleitet, die Oberfläche der Flüssigkeit in der vertikalen Achse absinkt, eine Art tiefes Loch bildet, schließlich zurückschwingt und auspendelt.
Michaelis lässt das kurze Video noch einmal durchlaufen, er ist zufrieden, die Bewegung der Flüssigkeit in der Küvette ist gut zu erkennen. 50 solcher „Flüge“ hat er hinter sich, gut 30, schätzt er, braucht er noch, dann reicht es für seine Doktorarbeit. WOLFGANG MOCK

Die Nutzung der Raumstation

will das Zarm zusammen mit den Bremer Unternehmen Astrium und OHB fördern. Die drei Partner haben sich zum Beos (Bremen Engineering Operations Science) zusammengeschlossen, das Nutzern der Raumstation technische Unterstützung bei Entwicklung von Experimenten in der Raumstation anbietet. Gut 200 Mio. DM wollen die Partner in das Beos investieren, 50 Mio. DM sollen von der Stadt Bremen kommen, vom Rest übernimmt die Astrium 80 %. Die Mittel der Stadt sind jedoch abhängig von Zuwendungen seitens der Europäischen Kommission. Ziel von Beos ist, Betrieb und Nutzung der europäischen Elemente der Internationalen Raumstation industriell und wissenschaftlich abzusichern. moc

Von Wolfgang Mock

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