Einziger Fallturm in Europa Fallen für die Forschung

Bremen – Für Experimente zur Schwerelosigkeit ist nicht in jedem Fall ein teurer Einsatz der Internationalen Raumstation (ISS) nötig. Der 146 Meter hohe Bremer Fallturm liefert Wissenschaftlern relativ kostengünstig Bedingungen, die fast so sind wie im Weltraum. Am Freitag feiert die einzige Einrichtung dieser Art in Europa ihr 20-jähriges Bestehen.

Weithin sichtbar erhebt sich der schlanke Turm mit der Glasspitze über das Bremer Universitätsgelände. Um seine Basis herum gebaut ist das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM), das den Turm betreibt. Hier untersuchen Wissenschaftler Phänomene, die von der Schwerkraft abhängig sind – das Verhalten von Flüssigkeiten zum Beispiel. Raketen-Treibstoff etwa verhält sich in den Tanks im Weltall ganz anders als auf der Erde.

9,3 Sekunden annähernde Schwerelosigkeit

Bis 2004 konnte der Turm 4,7 Sekunden annähernde Schwerelosigkeit bieten. So lange dauerte es, bis die Experimentkapsel aus der Spitze des schlanken, innen orangefarbenen Turms durch eine 123 Meter lange Fallröhre in einen Auffangbehälter voller Styroporkügelchen herabgefallen war. Dann wurde ein Katapult eingebaut, das die Kapsel mit Hilfe eines ausgeklügelten Antriebs in die Spitze schießt. Jetzt erreicht sie nach 9,3 Sekunden wieder den Boden. "Eine weltweit einzigartige Anlage", sagt ZARM-Leiter Hans J. Rath nicht ohne Stolz. Stehen Besucher auf dem Flur vor seinem Büro im ersten Stock des ZARM, können sie durch deckenhohe Scheiben auf die Forschergruppen hinunterschauen, die im Erdgeschoss am Turmeingang ihre Experimente vorbereiten.

Weltweit gibt es nur drei Falltürme und einen Fallschacht, ein Versuch kostet rund 5.000 Euro und gilt damit etwa im Vergleich zu Experimenten an Bord der ISS als preiswert. Darum kommen Wissenschaftler von überall her, um hier zu forschen. Die Zeit dafür ist allerdings knapp bemessen: Maximal dreimal am Tag kann im Turm experimentiert werden, nur rund 400 Versuche sind pro Jahr möglich. Grund sind die aufwendigen Vor- und Nacharbeiten. Es dauert allein zwei Stunden, um die Luft aus der Röhre abzusaugen, damit darin ein Vakuum entsteht.

Bahnbrechende Erkenntnisse mit neuartigem Laser

Auch viele der 120 ZARM-Mitarbeiter und die jährlich 30 bis 60 Studenten nutzen dieses größte Labor des Instituts. Gerade erst gelang den ZARM-Forschern ein großer Coup: Als "Meilenstein der Verbrennungsforschung unter Schwerelosigkeit" feierten sie Ende Oktober gemeinsam mit Jenaer und Stuttgarter Wissenschaftlern den Abschluss einer Versuchsreihe mit einem neuartigen Laser. Dabei habe man Erkenntnisse gewonnen, die helfen könnten, klimaschädliche Emissionen bei Verbrennungsprozessen drastisch einzudämmen.

Das ZARM forscht seit 15 Jahren an Brennstoff-Verbrennungsprozessen, wie Ingenieur Christian Eigenbrod erklärt. Da schädliche Abgase wie Stickstoffmonoxid oder Lachgas entstünden, wenn Brennstoff sich selbst entzündet, obwohl er sich noch nicht vollständig mit der in Motoren vorhandenen Luft vermischt hat, sei es in vielen Experimenten darum gegangen, den idealen Zündzeitpunkt von Brennstoffen herauszufinden: "Wir müssen genau wissen, wann und wie der Brennstoff zündet und wie man das kontrollieren kann." Erst auf der Basis dieses Wissens könne man Motoren oder Turbinen so auslegen, dass sich Brennstoff zum bestmöglichen Zeitpunkt und möglichst emissionsarm entzündet.

"Die Simulation der Sprayzündung ist so schwierig und komplex, dass wir keine Konkurrenz haben", freut sich Eigenbrod über die Reputation, die das Forschungsfeld dem Zentrum einträgt. Mit den neuen Versuchen könnte diese noch größer werden. Denn die aktuellen Ergebnisse erzielten die Wissenschaftler dank eines neuartigen Lasers. Bislang waren sie auf tonnenschwere Anlagen angewiesen, deren Licht von außen in die fallende Experimentkapsel hineingespiegelt werden musste – Ungenauigkeit war unvermeidlich, da sich die Kapsel mit bis zu 170 Stundenkilometern und bis zu 120 Meter von dem Laser wegbewegte. Der neue Laser passt hingegen in die Kapsel hinein.

In einem nächsten Schritt soll der Laser nun so weiterentwickelt werden, dass er sich einmal auf der ISS einsetzen lässt. Zudem wollen sie ihre Erkenntnisse über die Verbrennungsprozesse vertiefen. Eine weitere Versuchsreihe beginnt im Frühjahr 2011.

(Bildhinweis: 161110BRE203, 161110BRE205, 161110BRE208)

dapd/zi/lyh/it/ (dapd)

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