Im schwerelosen Zustand funktionieren die üblichen Körperwaagen nicht, da die Astronauten "gewichtslos" sind. Für lange Weltraummissionen möchten die Raumfahrt-Mediziner jedoch die Körpermasse der Astronauten überwachen.
Zu diesem Zweck hat die NASA bei der Skylab-Mission ein Body Mass Measurement Device (BMMD) entwickelt (Abb. 1). Dabei handelt es sich um einen Versuchsstuhl bekannter Masse, der sich in einer Richtung hin und her bewegen kann und dabei an einer Schraubenfeder befestigt ist (vgl. Abb. 2). Diese Anordnung zielt auf die Messung der trägen Masse der Versuchsperson ab.
Messprinzip
Die Astronautin setzt sich in den Versuchssitz bekannter Masse \(m_{\rm{Sitz}}\). Insgesamt schwingt also die Masse \(m=m_{\rm{Sitz}}+m_{\rm{Astro}}\). Weiter ist die Federhärte \(D\), an der der Stuhl befestigt ist, bekannt. Nun wird der Stuhl samt Versuchsperson in Schwingungen versetzt und die Schwingungsdauer \(T\) gemessen (vgl. Abb. 2).
Für die Schwingungsdauer \(T\) eines Federpendels gilt dabei allgemein \[T = 2 \cdot \pi \cdot \sqrt {\frac{m}{D}}\]Auflösen nach der Masse als gesuchten Größe liefert \[m=\frac{T^2\cdot D}{4\cdot \pi^2} \]Die Masse der Astronautin ergibt sich entsprechend einfach dur subtrahieren des Masse des Stuhls: \[m_{\rm{Astro}}=m-m_{\rm{Sitz}}=\frac{T^2\cdot D}{4\cdot \pi^2}-m_{\rm{Sitz}}\].
Platzsparende Version
Da Platz im All nur sehr begrenzt zur Verfügung steht, werden Anordnungen laufend weiterentwickelt und optimiert. So kommen aktuelle Versionen der BMMDs ohne Sitz aus, sondern bestehen nur aus einer Art Halterung und äußerem Metallkonstrukt. Beides ist wieder über eine Feder verbunden und das äußere Metallkonstrukt, an das sich die Astronauten hockend festklammern, kann nach oben und unten schwingen (vgl. Abb.3).
Das Funktionsprinzip ist also gleich und aus der Schwingungsdauer wird wiederum die Masse des Astronauten bestimmt. Bei Nichtbenutzung kann alles umgeklappt werden, sodass die "Waage" nicht im Weg steht.
Space Linear Acceleration Mass Measurement Device
Inzwischen wird das Space Linear Acceleration Mass Measurement Device (SLAMMD) zur Bestimmung der Astronautenmasse genutzt. Wir wird anstatt der Schwingungsdauer die Beschleunigung, die der Astronaut unter Einwirkung einer konstanten Kraft erfährt, gemessen und so seine Masse ermittelt.