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Ausblick

Fallturm und Parabelflug

Der Fallturm von Bremen

Um kurzzeitig Schwerelosigkeit zu erreichen baute man in Bremen einen \(144\rm{m}\) hohen Fallturm (http://www.zarm.uni-bremen.de/). Er enthält eine \(110\rm{m}\) lange Fallröhre mit einem Durchmesser von \(3,5\rm{m}\), die innerhalb von ca. \(1,5\rm{h}\) auf einen Druck von \({10^{ - 5}}{\rm{bar}}\) evakuiert werden kann. Damit ist es möglich, bis zu dreimal am Tag für einige Sekunden in freiem Fall den Zustand der Schwerelosigkeit herzustellen. Die mit hoher Geschwindigkeit unten ankommende Fallkapsel muss aufgefangen und sanft abgebremst werden. Dafür gibt es in der Abbremskammer einen raffiniert konstruierten Auffangbehälter aus Stahlblech - \(8\rm{m}\) hoch und \(3,5\rm{m}\) im Durchmesser. Um die Wucht, die aufgefangen werden muss, nachvollziehen zu können, stelle man sich vor, man müsse ein ca. \(500\rm{kg}\) schweres und \(167\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{h}}}\) schnelles Auto innerhalb von acht Metern zum Stillstand bringen. Diese Mischung aus starkem und zugleich sanften Abbremsen wird erreicht durch eine Füllung des Abbremsbehälters mit Styroporgranulat. Der Abbremsvorgang geschieht so kontrolliert, dass man unbesorgt ein im Betrieb befindliches, handelsübliches Notebook "mitfliegen" lassen kann.

Um die Zeitspanne der Schwerelosigkeit zu verdoppeln, arbeitet man an diesem Fallturm daran, die Nutzlast zunächst von unten nach oben zu katapultieren und dann den freien Fall wie bisher anzuschließen.

Ein eindrucksvolles Video zum Fallexperiment mit Feder und Kugel im Vakuum des größten Fallturms der Welt ist hier zu finden.

Aufgabe

Berechne die Falldauer und die Geschwindigkeit (in \(\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{h}}}\)) am Ende der Fallstrecke.

Lösung

\[h = \frac{1}{2} \cdot g \cdot {t^2} \Rightarrow t = \sqrt {\frac{{2 \cdot h}}{g}}  \Rightarrow t = \sqrt {\frac{{2 \cdot 110{\rm{m}}}}{{9,81\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}}}}}  = 4,7{\rm{s}}\]
\[v = g \cdot t \Rightarrow v = 9,81\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}} \cdot 4,7{\rm{s}} = 46,1\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}} = 166\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{h}}}\]

Parabelflüge

parabelflug.svg

Von einem normalen, horizontalen Flug in ca. 5000m Höhe steigt die Maschine für etwa 20s unter einem Winkel von 50o an (entry pull up). Dann wird, in einer Höhe von ca. 6300m, der Antriebsschub der Motoren stark reduziert und das Flugzeug geht in den freien parabolischen Fall über. Damit erzielt man in den nächsten 20s bis 25s stark reduzierte Schwerkraft. Nach diesen 25s erreicht die Beschleunigung des Flugzeuges für 20s einen Wert von 1,5g bis 1,8g ( exit pull up); hierbei "taucht" die Maschine wiederum unter einem 50o Winkel ab, um in den Horizontalflug zurückzukehren. Parabelflug-Passagiere und Parabelflugzeug befinden sich somit während der Phase mit reduzierter Schwerkraft (µg-Phase) im freien Fall. Durch das speziell Flugmanöver wird eigentlich nichts anderes erreicht, als dass das Flugzeug exakt neben den Passagieren herfällt. Ein Parabelflug ermöglicht eine einzigartige Chance für kurze Zeitintervalle Schwerelosigkeit zu erleben. Um eine Umgebung zu schaffen, in der Mikrogravitation vorherrscht muss ein Flugzeug eine Bahn durchfliegen, wie sie in der Abbildung aufgezeichnet ist.

Wozu braucht man Parabelflüge?

Unter anderem nutzt man Parabelflüge, um Astronauten auf ihre späteren Arbeitsplatzbedingungen (Schwerelosigkeit) vorzubereiten; meist jedoch werden wissenschaftliche Versuche und Tests durchgeführt, die so ausgelegt sind, dass die beim Parabelflug erreichten Gravitationswerte den Experimentanforderungen genügen. Jedoch konnte man spätestens bei der Verfilmung der Apollo 13 Geschichte feststellen, dass es auch noch ganz andere Nutzergruppen gibt. Reisebüros bieten inzwischen schon Parabelflüge mit russischen Maschinen an.

Der A300 Zero-G kann wohl als das zur Zeit größte Parabelflugzeug der Welt angesehen werden. Er besitzt für die Experimente eine Fläche von zirka (5,00 × 20,00)m2 und die Deckenhöhe beträgt an ihrer höchsten Stelle \(2,30\rm{m}\).

Ein Video zum Parbelflug vom DLR findest du hier, ein Video von Spiegel TV auf YouTube hier.