Fallturm für Schülerexperimente mit Schwerelosigkeit
In Bremen ist ein zehn Meter hoher Fallturm für Experimente in der Schwerelosigkeit eingeweiht worden. Für eine Sekunde lang wird im „Space Tower“ die Erdanziehung außer Kraft gesetzt. Die Anlage ist speziell für Experimente von Schülern gedacht und wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betrieben.
Bei den Experimenten wird die gefüllte Fallkapsel aus transparentem Plexiglas mit einem Kran in die Höhe befördert und anschließend ausgeklinkt. Abgefangen wird sie in einem 1,80 Meter tiefen Abbremsbecken, das mit Styroporkügelchen gefüllt ist.
Foto: DLR
Von einem Fallturm zu reden, ist eigentlich nicht ganz korrekt. Denn das soeben eingeweihte außergewöhnliche Forschungslabor befindet sich nicht in einem Turm, sondern im Treppenhaus des DLR-Gebäudes in Bremen. Der über drei Stockwerke reichende Space Tower ist eine Freifallanlage, bei der eine Fallkapsel mit eingebautem Experiment aus zehn Metern Höhe nach unten fällt. Bevor die Kapsel in einem Auffangbecken, das mit Styroporgranulat gefüllt ist, möglich sanft landet, war auf dem Weg nach unten die Schwerkraft für eine Sekunde lang außer Kraft gesetzt. Gedacht ist der Space Tower als anspruchsvolles und langfristig angelegtes Nachwuchsförderprojekt. Viele Schülergenerationen sollen hier mit der Schwerelosigkeit experimentieren können.
Vorbild ist der fast 150 Meter hohe Fallturm der Bremer Universität
Großes Vorbild für den Space Tower ist der in Europa einzigartige Fallturm der Universität Bremen im Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM). Er wird seit fast 25 Jahren betrieben und hat eine 110 Meter hohe Fallröhre, die sich in einem fast 150 Meter hohen Turm befindet.Hier dauert die Schwerelosigkeit in der Fallkapsel fast fünf Sekunden und kann sogar mit dem vor rund zehn Jahren eingebauten Katapult auf über neun Sekunden verlängert werden. Dabei schleudert das Katapult die Kapsel bis zur Turmspitze hoch. Während der gesamten Steige- und Fallphase herrscht Schwerelosigkeit.
Nun haben die Ingenieure des ZARM mit dem Space Tower eine kleinere Ausgabe für das DLR und dessen Schülerlabor, dem „School Lab“, konstruiert. Hauptverantwortlich für die Konstruktion des Space Towers ist Manfred Behrens, Ingenieur der ZARM Fallturm-Betriebsgesellschaft, der neben seiner regulären Arbeit im Bremer Fallturm viele Monate lang recherchiert, geplant und verschiedene Prototypen ausprobiert hat. Normalerweise konzipieren die Fallturm-Ingenieure Geräte in einer anderen Größenordnung. Doch die geringere Größe des Space Towers bedeutet keinesfalls, dass hier weniger ausgefeilte Technik zum Einsatz kommt. Manfred Behrens hat bei der Entwicklung festgestellt, dass die im Fallturm verwendeten technischen Details immer noch die präzisesten und zugleich einfachsten Lösungen für den Betrieb einer Anlage dieser Art darstellen – egal in welcher Größe.
Vorbereitungen für ein Space Tower Experiment. Die Kapsel mit den Experimenten an Bord fällt zehn Meter tief und landet in einem Auffangbecken mit Styroporkügelchen.
Quelle: ZARM
Der einzige Unterschied ist, dass der Space Tower – im Gegensatz zum hohen Fallturm – keine Vakuumröhre braucht. Ein Kapsel-in-Kapsel-System reduziert den störenden Luftwiderstand während des freien Falls. Das System erreicht dabei eine Qualität der Schwerelosigkeit, die einer Restanziehungskraft von weniger als einem Tausendstel der normalen Erdgravitation entspricht. Unter diesen Bedingungen lassen sich anspruchsvolle Experimente aus den verschiedensten Fachrichtungen durchführen. Damit ist der Space Tower ideal dafür geeignet, einerseits anschaulich die Auswirkungen des freien Falls zu demonstrieren und andererseits Schülern die Arbeit an Experimenten in einem realen Forschungslabor zu ermöglichen.
Kameras und Sensoren zeichnen die Ereignisse in der Fallkapsel auf
In Zukunft sollen die Schüler mit dem neuen Turm erfahren und lernen, welchen Einfluss die Schwerelosigkeit zum Beispiel auf Wasser, Luftblasen oder Magnetismus hat. „Der Space Tower ist eine Anlage, mit der wir nicht nur den Schülern die Auswirkungen von Schwerelosigkeit zeigen, sondern die Schüler sogar mit wissenschaftlichen Experimenten forschen können“, sagt Dirk Stiefs, Leiter des DLR School Labs Bremen. Eine „Space Tower Crew 1“ aus sechs Schülern der 9. bis 13. Klasse erarbeitet deshalb Experimente, die im neuen Fallturm umgesetzt werden sollen. Bei den regulären Besuchen von Schulklassen im DLR School Lab wird der Zehn-Meter-Fallturm für verschiedene Standardexperimente verwendet.
Gleich vier verschiedene Experimente zeitgleich können in der sogenannten „Drop box“ durchgeführt werden, bei der mehrere Objekte wie ein Glas Wasser oder eine magnetische Flüssigkeit mit der 1,20 Meter hohen Kapsel an einem Schlitten geführt in die Tiefe rauschen.
Quelle: DLR
Gleich vier verschiedene Experimente zeitgleich können in der sogenannten „Drop box“ durchgeführt werden, bei der mehrere Objekte wie beispielsweise ein Glas Wasser oder eine magnetische Flüssigkeit mit der 1,20 Meter hohen Kapsel an einem Schlitten geführt in die Tiefe rauschen. Um Schallwellen in der Schwerelosigkeit zu untersuchen, werden die Nachwuchsforscher eine „Kundtsche Röhre“ auf die Reise schicken, ein klassisches Physikexperiment in Schulen, bei dem Partikel wie Styroporkügelchen oder Sägespäne die Auswirkungen von Schall verdeutlichen. Bei beiden Experimenten wird die gefüllte Fallkapsel aus transparentem Plexiglas mit einem Kran in die Höhe befördert und anschließend ausgeklinkt. Abgefangen wird sie in einem 1,80 Meter tiefen Abbremsbecken, das mit Styroporkügelchen gefüllt ist. Während des Falls zeichnen Kameras und Sensoren die Ereignisse in der Fallkapsel auf.
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