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Parabelflug Ein Hauch vom Kosmos

Beim Parabelflug mit einem umgebauten Airbus nutzen Wissenschaftler Momente der Schwerelosigkeit für ihre Experimente. Die Erfahrung einer einzigartigen Reise.

18.09.2012 18:09
Von Karl-Heinz Karisch
Völlig losgelöst – unser Autor (2.v.r.) an Bord des Sonderflugs. Foto: dlr/Sven Schneider

Wie fühlt sich wohl das Universum an? Stephen Hawking ist an den Rollstuhl gefesselt. Dennoch überwindet das Gehirn des britischen Physikers Raum und Zeit. Seine Forschungen zu Schwarzen Löchern haben ihn berühmt gemacht. Vor fünf Jahren wurde für ihn ein Herzenswunsch wahr. Er startete vom Weltraumbahnhof in Florida an Bord einer speziell umgebauten Boeing 727. Mit ihr sind sogenannte Parabelflüge möglich, bei denen sich für rund zwanzig Sekunden Schwerelosigkeit wie im Weltall einstellt. „Es war verblüffend“, schwärmte Hawking anschließend, „ich hätte immer weitermachen können.“

Solche Parabelflüge werden normalerweise natürlich nicht durchgeführt, um einem schwerstbehinderten Physiker einige unvergessliche Sekunden zu bereiten. Wissenschaftler nutzen sie für Experimente unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit. Das Deutsche Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat dafür eigens einen Airbus umgebaut, der seit fünfzehn Jahren für die Forschung fliegt. Gerade geht die zwanzigste Parabelflugkampagne zu Ende.

Am vergangenen Sonntag, dem letzten Tag der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung in Berlin, versammelte sich eine Gruppe von Wissenschaftlern zunächst einmal im Konferenz-Zentrum der Luftfahrtschau, um sich auf den Flug mit dem Airbus A 300-Zero G vorzubereiten. Es handelt sich dabei um ein modifiziertes Passagierflugzeug, der Zusatz Zero G ist gleichbedeutend mit Nullgravitation. Mit dabei in der kleinen Reisegesellschaft sind diesmal DLR-Chef Johann-Dietrich Wörner, einige Politiker, die vom Sinn solcher Unternehmungen überzeugt werden sollen, und Journalisten.

Vor dem Flug erfolgt die Sicherheitseinweisung. Wörner hat ein aussagekräftiges Foto von einem Parabelflug mitgebracht. „Das hier ist ein entspannt aussehender Astronaut“, sagt er und deutet auf Thomas Reiter, den mit 350 Tagen im All erfahrendsten europäischen Astronauten. Neben ihm in der Kabine schwebt ein sichtlich mit der Übelkeit kämpfender Passagier. Das Gelächter im Saal ist verhalten, die Neulinge wissen noch nicht, wie sie selbst auf die Schwerelosigkeit reagieren werden.

Aufstieg und Fall

Das Mantra des Tages lautet: In der kurzen Zeit des Fluges, in der sich das Körpergewicht schlagartig verdoppelt, Kopf und Augen unbedingt absolut ruhig halten. Es ist nicht so sehr die Schwerelosigkeit, die dem Organismus Probleme bereitet. Aufstieg und Fall sind die gefährlichsten Phasen, weiß Wörner aus Erfahrung mit Passagieren, denen nur noch der Übelkeitsbeutel Erleichterung verschaffen konnte.

Vor dem Start erläutert Wörner noch einmal, wozu das alles gut sein soll. Die Raumfahrt trage dazu bei, die globalen Herausforderungen wie Klimawandel, Ressourcenknappheit und Kommunikation zu bewältigen. Schließlich schlägt er die Brücke zu den Themen, die auch den britischen Physiker Hawking nicht ruhen lassen. Dunkle Materie und Dunkle Energie machen 95 Prozent des Universums aus, doch kein Wissenschaftler könne bislang schlüssig erklären, was das ist. „Wir verstehen nur einen Bruchteil unseres Universums“, sagt Wörner.

Die großen Fragen werden an diesem Tag sicher nicht beantwortet. Aber einige kleinere. Flugkapitän Stéphane Pichene beschreibt die Flugrouten, die bei ruhigem Wetter zwischen Berlin und der Insel Usedom an der Ostsee liegen werden. Letzte Gelegenheit für den Gang zur Toilette. An Bord gibt es keine Möglichkeit, das heißt, rund drei Stunden durchhalten. Es folgt die Ausgabe der blauen Fliegeroveralls und der Besuch beim Fliegerarzt Pierre Denise.

Vergnügte Stimmung

„Es gibt während der Hypergravitation einen Verarbeitungskonflikt im Gehirn zwischen dem Gleichgewichtsorgan im Ohr und dem Fall, dass Kopf oder Augen bewegt werden, der in einem spontanen Erbrechen mündet“, sagt der Mediziner. Um diesen Konflikt abzumildern injiziert er den meisten Fluggästen ein Präparat unter die Haut. Scopolamin heißt das Wundermittel, der Wirkstoff ist ein Alkaloid aus dem Stechapfel. Zumindest die Nebenwirkungen setzen bei vielen rasch ein: starke Mundtrockenheit und – ausgesprochen positiv – eine allgemein vergnügte Stimmung. Hoffentlich bleibt letztere auch während der Flugmanöver erhalten.

Der Airbus steigt zunächst auf rund 6000 Meter. Noch scheint alles wie bei einem normalen Flug. Erste Mutige stehen von ihren Sitzen auf und gehen durch den Bereich mit den wissenschaftlichen Experimenten in die Flugarena. Das ist ein fast hundert Quadratmeter großer Teil der Kabine, in dem die Sitze entfernt wurden. Der Raum ist rundherum mit weißen Matten ausgepolstert. Weich ummantelte Stangen, Gurte am Boden und an der Decke sollen Halt geben. Kapitän Pichene verkündet: „Noch wenige Minuten bis zur ersten Parabel.“

Der Airbus geht in den Steilflug über. Schlagartig werden die Passagiere schwer, das gefühlte Körpergewicht hat sich verdoppelt. Außer den bereits trainierten Experten erstarren jetzt alle Passagiere und blicken stier geradeaus. Durch die Lautsprecher zählt der Kapitän die Sekunden – plötzlich das erlösende Ignition, was so viel wie Zündung bedeutet. Obwohl die erste eine sogenannte Mars-Parabel werden soll – es herrscht eine Anziehung wie auf dem Roten Planeten von 0,4 G – gibt es einen Ruck, es prickelt im Bauch und einige finden sich schon an der Decke wieder. Die zweiundzwanzig schwebenden Sekunden sind rasch vorüber. Die nächsten zwanzig Sekunden erstarren wieder alle bei zweifacher Erdanziehungskraft. Erleichtert hören sie die Triebwerke wieder einsetzen, der Sturzflug ist in eine Waagerechte übergegangen.

Schwerelosigkeit an Bord

Für Ulrike Friedrich ist das alles Routine. Seit 1999 organisiert die Biologin die Parabelflüge des DLR. Die sind bei Forschern sehr beliebt, weil sie schneller und sehr viel preiswerter ihre Experimente starten können als auf der Internationalen Raumstation. Der Airbus, so erläutert sie, steige aus der normalen Flughöhe zunächst in einem Winkel von rund 48 Grad steil nach oben, in einer Höhe von rund 7000 Metern wird der Schub aus den Triebwerken genommen, das Flugzeug fliegt nun durch den eigenen Schwung noch einen Kilometer höher bis es in den freien Fall zurück geht; während dieser halbkreisförmigen Flugparabel herrscht an Bord Schwerelosigkeit. „Beim folgenden Abfangen herrscht fast das Doppelte der Erdanziehungskraft, so wie kurz vor der Schwerelosigkeitsphase“, sagt sie.

Drei Piloten sind für das saubere Gelingen notwendig. Einer bedient das Höhenruder, einer das Querruder und einer reguliert den Turbinenschub, der während der Schwerelosigkeitsphase den Luftwiderstand ausgleicht.

Im Sektor für die wissenschaftlichen Experimente hängt ein kleines Schaf an der Flugzeugdecke, bei Schwerelosigkeit schwebt das Stofftier. Es ist das Maskottchen für das Mars-Experiment der Universität Duisburg-Essen. Der Physiker Jens Teiser steht vor seinem Experimentier-Kasten. Auf dem Bildschirm ist ein weißer Fleck im dunklen Feld zu sehen, dann plötzlich feine Staubpunkte darüber.

Mit diesem Experiment geht die Arbeitsgruppe um Gerhard Wurm zwei Fragen nach: Wie entstehen die starken Staubstürme auf dem Mars und wie bilden sich Planeten in Sonnensystemen? Erst seit Kurzem ist bekannt, dass sich Staubpartikel bei geringer Schwerkraft explosionsartig aus einer Oberfläche lösen, wenn Licht auf sie fällt. „Hier im Experiment fällt Laserlicht auf ein Staubbett“, sagt Teiser. „An der Oberfläche geben die Staubpartikel die Wärme wieder ab, die darunter liegenden Schichten aber nicht, sie heizen sich immer weiter auf – bis zur Verpuffung.“ Der Bildschirm zeigt, was in der Staubkammer während der Schwerelosigkeit passiert. „Wir machen das unter Marsbedingungen mit sehr geringem Luftdruck, jetzt sehen wir, wie das Material herausgeschleudert wird.“

Das für Sekunden schwebende Maskottchen hängt wieder straff am Seil. Der Physiker ist zufrieden mit den bisherigen Ergebnissen. Sie könnten für künftige Marsmissionen von Bedeutung sein. Und auch die Theorien zur Bildung von Planeten in jungen Sonnensystemen bekommen eine völlig neue Dynamik. Denn durch Lichteinstrahlung könnte ein junger Planet stark an Masse verlieren. Dieser Staub dürfte durch den Lichtdruck des Zentralgestirns wieder in die äußeren Bereiche der vorplanetaren Staubscheibe transportiert werden und für die Bildung anderer Planeten zur Verfügung stehen.

Tüte in der Hand

Nach einer Mondparabel – es herrscht eine niedrige Schwerkraft von nur noch 0,11 G – fliegt Kapitän Stéphane Pichene die erste mit völliger Schwerelosigkeit. Inzwischen haben die Neulinge an Bord gelernt, nur noch ganz kleine Bewegungen zu machen, um nicht unkontrolliert durch den Raum zu schießen. Zur Sicherheit halten sich ein paar Flugbegleiter in orangefarbenen Anzügen bereit, die die Passagiere beherzt packen, falls sie zu lange an der Decke schweben. Beim schlagartigen Einsetzen der doppelten Schwerkraft fallen immer wieder einige doch etwas unsanft auf den gepolsterten Boden.

Die Stimmung unter den Passagieren wird langsam übermütig. Es wird gelacht und gequietscht. „Ich hatte es mir wie eine Achterbahnfahrt vorgestellt“, sagt einer, „aber es ist viel angenehmer und schöner.“ Auch die Scopolamin-Injektionen wirken. Offenbar ist nur einem Kollegen schlecht geworden. Der Pechvogel verbringt den Rest des Fluges mit Tüte in der Hand auf seinem Sitzplatz.

Ohne Medikament im Blut und dennoch bestens gelaunt genießt Stefan Schneider von der Sporthochschule Köln den Flug. Er trägt eine weiße Haube auf dem Kopf, an der farbige Laserdioden funkeln. „Heute bin ich mein eigenes Versuchskaninchen“, sagt er.

Sein seltsames Outfit nennt sich korrekt Nahinfrarotspektroskopie in Kombination mit EEG-Gehirnstrommessung. „Alles läuft gut, wir haben eine sehr gute Datenübertragung“, berichtet er. Schneider erforscht den Einfluss der Schwerelosigkeit auf die Arbeit des Gehirns. Und er kann frei in der Flugzeugkabine herumschweben, seine Maske überträgt die Messungen per Funk an einen Computer.

„Das Blut strömt während der Schwerelosigkeit verstärkt in den Kopf“, sagt der Sportmediziner. Jetzt möchte er herausfinden, wie sich das Ansteigen des Hirninnendrucks auf die geistigen Fähigkeiten auswirkt. „Wir können einen Anstieg der Aktivität im Frontalkortex messen, der für die Emotionen mitverantwortlich gemacht wird.“ Das gelte aber vor allem für Neulinge, das menschliche Gehirn gewöhne sich erstaunlich schnell an die Schwerelosigkeit. Er selber genieße den Zustand: „Am liebsten würde ich nur noch schweben, da sein, gar nichts mehr machen.“

Aber das ist nur im Weltraum möglich. Im Flugzeug dauert dieser Zustand eben nur magere zweiundzwanzig Sekunden. Zwischen den Parabeln gibt es eine Pause im Normalflug. Diese sei notwendig, damit sich der Treibstoff im Flugzeug wieder in den Leitungen verteilen kann, erläutert Ulrike Friedrich. Üblicherweise würden an einem Flugtag jeweils einunddreißig Parabeln durchflogen. Das ergebe rund elf Minuten in Schwerelosigkeit, in denen Experimente gemacht werden.

Der Suchtfaktor

An diesem Tag müssen die Wissenschaftler mit nur zwölf Parabeln auskommen. Die Anzahl ist mit Rücksicht auf die Gäste an Bord reduziert worden, die oft sehr heftig auf die Schwerelosigkeit reagieren. Doch diesmal will keiner sofort zurück, die Stimmung bleibt gut. Sogar DLR-Chef Wörner wird herbeigeschleppt für ein Gruppenschweben. Lachend hakt er sich bei zwei Frauen unter. Das Ignition des Flugkapitäns ertönt und schon wirbeln die drei frei schwebend durch die Kabine, bewegt von einem der helfenden Männer in Orange.

Ob wohl die kleinen Wasserorganismen wie der Urzeitkrebs Triops im Versuchsaufbau von Christian Laforsch ein ähnliches Vergnügen entwickeln? Allerdings dürfte den kleinen Wesen dessen Forschungsinteresse nicht gefallen. Sie sollen eines Tages auf Raumstationen oder beim Flug zum Mars als Nahrungsgrundlage für höhere Organismen dienen, hoffen die Forscher.

Doch bis dahin ist es noch ein sehr weiter Weg. Genauso weit wie der Weg des Astrophysikers Stephen Hawking in den richtigen Weltraum. Nach seinem Parabelflug hatte er den Wunsch geäußert, tatsächlich als Tourist ins All zu fliegen. Das wird sich wohl nicht mehr erfüllen lassen. Zumindest hat ihm der Parabelflug ein Gefühl vermittelt, wie sich der Weltraum anfühlen könnte. Lustvoll und prickelnd.

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