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Bremer Falltürme: Schlittenfahrt in die Schwerelosigkeit

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Von: Jörg Esser

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Ein Mitarbeiter der Fallturm-Betriebsgesellschaft arbeitet am Gravi-Tower Pro.
Der „kleine Bruder“: Ein Mitarbeiter der Fallturm-Betriebsgesellschaft arbeitet am Gravi-Tower Pro. © DPA/Hibbeler

Bremen ist das Zentrum der Weltraumforschung. Der Fallturm ist ein wichtiger Baustein für die Schwerelosigkeitsforschung. Und die Fallröhren sind ausgebucht.

Bremen – Er wirkt mit seinem zylindrischen Körper und der kegelförmigen Spitze wie ein überdimensionaler Bleistift, der in die Landschaft gerammt wurde. Und ist ein Wahrzeichen des Wissenschaftsstandorts Bremen. Der 146 Meter hohe Fallturm (1990 eingeweiht, Baukosten: 24 Millionen DM) unweit des Hochschulrings ist ein Fixpunkt in der Hansestadt, dem Zentrum der europäischen Weltraumforschung.

Und mit seinem Katapult-System ein Unikat. Einzigartig eben. Seit einem knappen Jahr hat der große Fallturm einen kleinen Bruder, den 16  Meter hohen Gravi-Tower Pro. Ein Hochleistungsaufzug mit Hydraulikantrieb.

„Beide Türme sind komplett kompatibel“, sagt Projektleiter Dr. Andreas Gierse vom Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) an der Universität Bremen. Gierse stammt aus dem Sauerland, hat an der Hochschule Aachen Luft- und Raumfahrttechnik studiert und ist seit elf Jahren am ZARM in Bremen.

„Beide Türme sind komplett kompatibel“

Im Fallturm geht es um wissenschaftliche Experimente unter Weltraumbedingungen, in Schwerelosigkeit, die Gierse als einen Zustand definiert, „in dem die Auswirkungen der Schwerkraft nicht zu spüren sind“. Also im freien Fall.

Und so befindet sich auch die 2,50 Meter hohe und 80 Zentimeter breite Experimentkapsel in der 120  Meter lange Fallröhre des Fallturms im freien Fall. Die Kapsel wird mit einer Seilwinde an die Spitze der Fallröhre gezogen und dann auf die Reise geschickt – nach 4,74 Sekunden in der Schwerelosigkeit landet die Kapsel mit dem Experiment in einem acht Meter hohen Abbremsbehälter, der mit kleinen Styroporkugeln gefüllt ist.

Unter Verwendung eines 2004 in einem zehn Meter tiefen Schacht unter dem Fallturm eingebauten Katapults wird die Dauer der Schwerelosigkeit verdoppelt – auf rund 9,3 Sekunden. Das Katapult schleudert die Experimentkapsel bis zum Ende der Fallröhre wieder hoch, bevor sie – mit einer Geschwindigkeit von fast 170 Kilometern pro Stunde – wieder nach unten fällt.

 Dr. Andreas Gierse.
Projektleiter Dr. Andreas Gierse. © Gierse

Hochleistungspumpen erzeugen im Vorfeld der Experimente ein Vakuum. So wird der Luftwiderstand eliminiert und eine wissenschaftlich nutzbare Qualität von Schwerelosigkeit erzeugt. Das Verfahren ist aufwendig, dauert rund zweieinhalb Stunden. „So lange ist der Zugriff auf die Experimente nicht möglich“, sagt Gierse. Drei Experimente pro Tag sind im großen Fallturm maximal möglich. Doch der Bedarf aus der Wissenschaft wächst. Und die Wartelisten des Bremer Labors wurden immer länger.

1,84 Millionen Euro für den „kleiner Bruder“

Abhilfe schafft jetzt der Gravi-Tower Pro, wobei Pro einfach für Prototyp steht. „Ausgebucht sind wir immer noch“, sagt Gierse. Aber den Wissenschaftlern aus ganz Europa steht ein zweites Experimentierfeld zur Verfügung. Eines, das Schwerelosigkeit ohne Vakuum erzeugt. 1,84 Millionen Euro haben Bau und Entwicklung des kleineren Turms gekostet, zwei Drittel zahlte das Institut, ein Drittel das Land Bremen. Die Versuchsanlage steht unter dem Glasdach der Halle des Forschungsinstituts in Horn-Lehe.

Der Gravi-Tower funktioniert mit einem Schienensystem. Träger der Experimentkapsel ist ein Schlitten, der mit Hilfe eines Seilantriebs mit 4 000 PS auf die benötigte Geschwindigkeit beschleunigt wird. Der Luftwiderstand wird über das Seilsystem kompensiert, die Kapsel durch den Schlitten von der Umgebungsluft abgeschirmt, in der Schwerelosigkeitsphase von ihm abgekoppelt. Die Fahrt auf der zwölf Meter langen Strecke mit fünffacher Erdbeschleunigung dauert knapp vier Sekunden – 0,7 Sekunden Beschleunigung, 2,5 Sekunden Schwerelosigkeit und 0,7 Sekunden Abbremsen. „Dann haben die Wissenschaftler sofort uneingeschränkten Zugriff auf die Experimente“, sagt der Projektleiter. Alle 45 Sekunden sei ein Flug möglich, bis zu 1 000 an einem Tag. Theoretisch. „Die Anlage kann das“, sagt Gierse, „die Experimente noch nicht.“ Der Spielball liege bei den Wissenschaftlern.

Pläne für einen neuen Fallturm liegen in der Schublade

Die Anlage wird von Universitäten und Instituten aus ganz Europa über Rahmenverträge mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der europäische Raumfahrtagentur Esa gebucht – meist für mehrwöchige Kampagnen mit komplexen Experimenten in quanten-optischer Forschung, Fundamentalphysik, Biologie, Technologie und so weiter. „Mit dem Gravi-Tower haben externe Wissenschaftler zum Teil an einem halben Tag mehr Daten gesammelt als sonst in zwei Wochen“, sagt Gierse.

Das ZARM ist immer noch ausgebucht – ein Jahr im voraus. Weltweit gibt es ein paar Falltürme. „Wir sind der einzige, der permanentfür Forschungszwecke genutzt wird“, betont Gierse.

So liegen in der Schublade bereits Pläne für einen weiteren Fallturm, ausgelegt auf Acht-Sekunden-Experimente. Der hätte dann die Ausmaße des großen Fallturms mit der Technik des Gravi-Towers. Diese Kombination ist laut Gierse baulich und technisch eine gewaltige Herausforderung – „aber durchaus auch ein großer Gewinn für die Forschungsmöglichkeiten in Bremen“.

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