Baustoffe für den Mond und "Oben" und "Unten" in der Schwerelosigkeit

Seit dem 5. Mai 2015 ist - als Nachfolger des A300 ZERO-G - der neue Airbus A310 ZERO-G als europaweit einziges Parabelflugzeug für schwerelose Forschung im Einsatz. Am 11. September ging um 12.25 Uhr mit einer sanften Landung auf dem Flughafen Bordeaux-Mérignac die erste reine DLR-Parabelflugkampagne mit dem neuen Spezialflugzeug der französischen Firma Novespace erfolgreich zu Ende. Im Mai 2015 hatte bereits eine Parabelflug - Stresstest für zukünftige Experimente im All zusammen mit den Raumfahrtagenturen ESA und CNES stattgefunden.

Weil der A310 ZERO-G im südfranzösischen Bordeaux-Mérignac stationiert ist, finden hier auch die DLR-Parabelflugkampagnen statt. "In der Vorbereitungswoche vom 31. August bis zum 4. September sind die Teams angereist, haben ihre Experimente aufgebaut und zusammen mit den Ingenieuren von Novespace die einzelnen Experimentaufbauten ins Flugzeug transportiert. Die Geräte werden noch einmal intensiv auf Sicherheit geprüft und schließlich die Flugerlaubnis erteilt. Die zweite Kampagnenwoche ist dann für den Parabelflug selbst vorgesehen - dieses Mal hatten wir sogar vier statt der üblichen drei Flugtage und waren vom 6. bis 11. September täglich rund drei bis vier Stunden in der Luft, weil so viele wissenschaftliche Experimente durchgeführt werden mussten", sagt DLR-Managerin Ulrike Friedrich.

Der Airbus A310 ZERO-G hat 40 Sitzplätze für Passagiere und eine rund 100 Quadratmeter große mit weißen Kunstledermatten ausgelegte Freifläche zum Experimentieren in Schwerelosigkeit. Weiße Netze trennen diesen Bereich von der übrigen Kabine ab, Schienen im Boden dienen der Befestigung der Experimente. Die Wissenschaftler können sich bei Bedarf mit Bändern am Boden festschnallen, damit sie nicht in den Schwerelosigkeitsphasen unkontrolliert herumschweben und sich selbst, andere oder die Experimentaufbauten gefährden. Die Forscher können ihre physikalischen, biologischen, materialwissenschaftlichen oder medizinischen Experimente eigenhändig durchführen und werden - bei den humanphysiologischen Experimenten - auch als Testpersonen untersucht. "Eine Spritze gegen Reiseübelkeit führt dazu, dass von 40 Wissenschaftlern im Schnitt zwei Personen übel wird, dies wird auch von Tag zu Tag weniger, da ein gewisser Gewöhnungseffekt an die Schwerelosigkeit einsetzt", sagt Ulrike Friedrich. Denn das Wichtigste ist, neben gut geflogenen Parabeln der Piloten, dass die Wissenschaftler effektiv arbeiten können. Bei 22 Sekunden Schwerelosigkeit pro Parabel zählt im wahrsten Sinne des Wortes jede Millisekunde.

"Wir sind sehr zufrieden", resümiert Prof. Johann Plank vom Lehrstuhl für Bauchemie an der Technischen Universität München. Plank und seine Mitarbeiter haben untersucht, wie sich Zement - als potenzieller Baustoff für eine Mondsiedlung - in Schwerelosigkeit verhält. Gibt man Wasser zum Zement, bildet sich das Mineral Ettringit. "Wir wollten dann wissen, wie dieses anorganische Salz in Schwerelosigkeit kristallisiert und haben festgestellt, dass es kleinere, aber dafür mehr Kristalle bildet als unter Schwerkraft und dass es keine Oberflächendefekte gibt. Diese Erkenntnis hilft uns auch, die Wirkung der heute vielfach eingesetzten Betonzusatzmittel besser zu verstehen."

Die Regulation des Herz-Kreislauf-Systems, der Atmung und des Stoffwechsels nach Veränderungen der Umgebungsbedingungen sind entscheidend für die kognitive und physische Leistungsfähigkeit von Menschen. Wissenschaftler der Deutschen Sporthochschule Köln haben die Effekte von Gravitationsveränderungen für Herz und Kreislauf untersucht: "Uns hat besonders interessiert, wie die Regulationsfähigkeit des Herz-Kreislauf-Systems in Verbindung mit der Atmung und der Versorgung des Organismus mit Sauerstoff, sowie der Abtransport von Kohlenstoffdioxyd, aussehen. Dies gilt in besonderem Maße bei Start und Landung in der Raumfahrt, wenn neben dem Wechsel zwischen 1 G und 0 G zusätzlich relativ hohe Beschleunigungen auftreten. Ähnliche Beschleunigungswechsel treten auch in der Luftfahrt bei Jetpiloten auf", berichtet Jessica Koschate, und ergänzt: "Wenn hohe G-Kräfte wirken, werden sogenannte Anti-G-Manöver, wie Anspannung der Beinmuskulatur und Pressatmung, angewendet. Diese Reize bewirken wiederum eine Reihe von Reizen des Herz-Kreislaufsystems, deren Folgen noch nicht eindeutig geklärt sind."

Mit "Wirbeln und Nichtlinearen Staubdichtewellen in staubigen Plasmen" haben sich Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität Kiel beschäftigt: "Plasmen - auch bezeichnet als der vierte Aggregatzustand der Materie - sind elektrisch leitfähig und können Licht aussenden, weshalb sie in Form von Energiesparlampen und in der Bildschirmtechnologie angewendet werden. Plasmen sind außerdem sehr verbreitet in industriellen Prozessen der Materialbearbeitung und -veredelung", erklärt Physiker Tim Bockwoldt. Als "staubiges Plasma" bezeichnet man ein Plasma, in dem sich nano- oder mikrometergroße Teilchen befinden. Diese Plasmen gibt es sowohl in industriellen Verfahren als auch in der Natur. So können zum Beispiel die Saturn-Ringe oder Teile der Erdatmosphäre als ein solches staubiges Plasma angesehen werden. "Was wir beim Parabelflug machen, ist echte Grundlagenforschung. Wir schauen uns an, wie sich die staubigen Plasmen ausdehnen und haben in den vier Flugtagen 124 Datensätze mit Videokameras und spezieller Software aufgezeichnet."