Forschung im All Schwerelos auf dem Rad strampeln

Als Flugkapitän Stephane Pichenet den Airbus A 300 steil nach oben zieht, friert die Szenerie an Bord ein: Die 50 Passagiere verharren bewegungslos und schauen starr geradeaus, wer jetzt den Kopf oder auch nur die Augen bewegt, dem droht heftige Übelkeit.

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Radfahren im Dienst der Wissenschaft: Ein Proband sitzt im Airbus A 300 auf einem Ergometer. Bild: dpa

Fast verdoppelte Schwerkraft presst die Menschen fest auf ihre Sitze oder auf den gepolsterten Boden des Fliegers, während der Kapitän den Countdown zählt: «thirty, ... forty, ... Injection!» In diesem Moment löst sich die Erstarrung: Wie von Zauberhand bewegt, schweben die Insassen langsam in Richtung Decke, ein leichter Fingerdruck genügt, um sich abzustoßen und seine Flugrichtung zu ändern. Oder man klebt wie eine Motte unter der Decke des Flugzeugs.

Ein junger Wissenschaftler filmt die Wassersäule in einer halbgefüllten Plastikflasche: Das Wasser wabert in dem Gefäß und hat kaum Berührung mit der Flasche. Bis zu 22 Sekunden lang ist der Airbus nach dem extremen Steilflug im freien Fall, wie ein bogenförmig in die Luft geworfener Ball, auf der Kurve einer Parabel. In diesem Zeitraum herrscht in dem Flugzeug Schwerelosigkeit.

«Ich hatte das Gefühl, ich spüre mich gar nicht mehr», schildert der Journalist Eric Mayer anschließend seine ersten Erfahrungen mit der Schwerelosigkeit. «Ein Gefühl wie auf der Achterbahn, nur länger», beschreibt es Jungwissenschaftler Dennis Grimm. Andere sprechen von ungeheuren Glücksgefühlen, ausgelöst durch reichliche Ausschüttung von Endorphinen.

Allen gemeinsam ist: Das Gefühl in der Schwerelosigkeit ist mit Worten schwer zu beschreiben. Zu ungewöhnlich ist diese Erfahrung für Menschen, die auf Erden, zu Wasser und in der Luft sonst der Schwerkraft unterliegen. In einem durch Netze abgetrennten «Freefloat-Käfig» kann jeder Passagier Übungen vollführen, die jeglicher irdischer Erfahrung widersprechen: Langsames Gleiten auf dem Rücken etwa oder ein Kopfstand im Schneidersitz meterhoch über dem Boden.

Eine Sicherheitscrew achtet darauf, dass die Fluggäste rechtzeitig wieder die Füße Richtung Boden strecken, bevor die Piloten den Flieger im Sturzflug abfangen und der Schub die Schwerkraft abrupt und wiederum fast verdoppelt zurückbringt. Denn so mancher verliert im schwerelosen Schweben komplett die Orientierung und wähnt sich mit seinen Füßen in Richtung Boden, während er in Wirklichkeit kopfüber in dem Frachtraum schwebt. In diesem Fall könnte er recht unsanft auf dem gepolsterten Boden landen. Nach weiteren 20 Sekunden Hyperschwerkraft ist zwei Minuten Pause, bis der Kapitän zur nächsten Parabel ansetzt. 31 dieser Steil- und Sturzflüge absolvieren die Passagiere während des dreistündigen Flugs.

Lesen Sie auf Seite 2, warum Fische im All seekrank werden

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bietet solche Parabelflüge gemeinsam mit dem französischen Unternehmen Novespace mittlerweile zwei Mal im Jahr mit jeweils vier Flügen an, zumeist vom Flughafen Bordeaux aus. Doch nicht, um Abenteuerlustigen diese Grenzerfahrung zu bieten, sondern in erster Linie, um Wissenschaftlern deutscher Forschungsinstitute und auch Unternehmen Experimente in der Schwerelosigkeit zu ermöglichen.

Diese dienen etwa zur Entwicklung medizinischer Verfahren für Astronauten, insbesondere für die Langzeitbesatzung der Internationalen Raumstation ISS, oder neuer Techniken für die Raumfahrt. So testet der DLR-Ingenieur Marco Straubel bei einem Parabelflug, ob sich die von seinem Team entwickelten, extrem leichten und aufrollbaren Kohlenstoffmasten etwa für Sonnenkollektoren, auch in der Schwerelosigkeit störungsfrei entfalten. Das Ergebnis überzeugt: Die Masten lassen sich in der Schwerelosigkeit mühelos und ohne Komplikationen aufblasen.

Aber auch irdische Probleme sind Gegenstand der Untersuchungen. So bringt der Stuttgarter Professor Reinhard Hilbig ein Pendant zur menschlichen Besatzung mit an Bord: 49 winzige Buntbarsche, jeder in seinem kleinen Mini-Aquarium. Während der Schwerelosigkeit filmt eine Kamera die Fischchen in ihrem ebenfalls schwerelosen Wasserbett. Ihnen ergeht es ähnlich wie den Menschen: Acht von ihnen werden seekrank, sie drehen sich nur noch im Kreis, während sich ihre übrigen Artgenossen ruhig in eine Ecke setzen, bis der ungewohnte Zustand vorbei ist. Drei der seekranken Buntbarsche gewöhnen sich mit der Zeit noch an die Schwerelosigkeit.

Nach den Flügen untersucht Hilbig mit seinem Team das Gleichgewichtsorgan der dann getöteten Fische, das dem Organ der Menschen im Innenohr ähnelt. Ziel ist es, etwaige Unterschiede im Aufbau des Gleichgewichtsorgans der seekranken und der resistenten Fische zu finden und damit mögliche Therapien gegen die Reisekrankheit bei Menschen zu entwickeln. «Meine Vision sind Ohrstöpsel, die etwa durch Magnetismus das Gleichgewichtsorgan beeinflussen und die Reisekrankheit verhindern», verrät der Zoologe.

Für solche Ohrstöpsel wäre etwa jeder Fünfte an Bord schon heute dankbar: Ungefähr 20 Prozent der Passagiere wird es im ständigen Wechsel von Steil- und Sturzflug des Airbus kotzübel, obwohl alle zuvor das Beruhigungsmittel Scopolamin gegen Reisekrankheit verabreicht bekommen haben. Im Volksmund wurden die Parabelflugzeuge daher Kotzbomber genannt. Auch die Erkrankten müssen, ausgerüstet mit Spucktüten, die 31 Parabeln durchhalten.

Lesen Sie auf Seite 3, warum man es in der Schwerelosigkeit eher langsam angehen sollte

Stark getroffen von der Übelkeit sind die Mitarbeiter des Sportwissenschaftlers Professor Matthias Lochmann von der Universität Erlangen-Nürnberg. Er hat einen Ergometer in dem Airbus installiert, um neue Trainingsmöglichkeit für Langzeitastronauten zu entwickeln. Seine Probanden müssen in allen drei Phasen, also in normaler und Hyperschwerkraft sowie in der Schwerelosigkeit, auf einem Rad strampeln. Währenddessen zeichnet Lochmann gleichzeitig Hirnströme und Muskelaktivität sowie die Beinbewegungen auf.

Erstes, eher ernüchterndes Ergebnis der Versuche: Jeweils der ersten Schicht auf dem Ergometer geht es kotzschlecht, wenn der Proband nach 15 Parabeln von einer zweiten Versuchsperson abgelöst wird, die wiederum alles ohne Probleme übersteht. «Dies wird wohl daran liegen, dass sich die zweite Schicht jeweils ohne Belastung erst einmal 15 Parabeln lang an die Schwerelosigkeit gewöhnen kann», folgert Lochmann.

Denn übel wird es meist denen, die während der Schwerelosigkeit allzu viele Aktivitäten entfalten. Das Durcheinander im Gehirn durch die unterschiedlichen Informationen von den Augen und dem Gleichgewichtsorgan im Innenohr wird dadurch noch angefacht. Wer sich auf wenige Dinge beschränkt, übersteht den Flug auch dank der Medikamente in den meisten Fällen ohne Probleme.

Anhand der gewonnen Daten will Sportwissenschaftler Lochmann unter anderem herausfinden, wie sich das Zusammenspiel von Hirn und Muskeln bei komplizierten Bewegungsabläufen in der Schwerelosigkeit verändert. Denn dass dies geschieht, haben Raumfahrer bereits am eigenen Leib erlebt. Nach langer Zeit im Weltraum leiden Astronauten an Muskelschwund und Koordinierungsproblemen.

Ihr Muskeltraining im All ist bislang noch an dem Training unter Schwerkraft auf der Erde orientiert. «Mein Ziel ist ein Trainingsprogramm, das auch in langen Phasen der Schwerelosigkeit den Abbau von Muskeln und Koordinierungsfähigkeit verhindert», sagt der Sportwissenschaftler. «Die Frage ist: Wie funktioniert die Bewegung an sich, ohne Einfluss der Schwerkraft? Denn 70 Prozent der Muskelarbeit benötigen wir nur, um gegen die Schwerkraft zu arbeiten.» Lochmann will seine Testergebnisse auch nutzen, um neue Therapien für Menschen mit Bewegungsstörungen, etwa Patienten mit Multipler Sklerose oder Parkinson, zu entwickeln.

Der Magdeburger Hirnforscher Professor Oliver Ullrich forscht mit seinem Experiment an Bord des Airbus in eine ähnliche Richtung. Er untersucht in den kurzen Phasen der Schwerelosigkeit, wie die beiden wichtigsten Zelltypen des Immunsystems im Gehirn in der Schwerelosigkeit arbeiten. Denn seit den ersten Apollo- und Sojus-Raumfahrtmissionen ist bekannt, dass das Immunsystem des Menschen erhebliche Schwierigkeiten mit der Schwerelosigkeit hat. Die Astronauten hatten nach längeren Aufenthalten im All verstärkt mit Infektionen zu kämpfen, auch sonst vom Immunsystem leicht unterdrückte Viren erwachen zu neuer Aktivität. «Ohne dass das Immunproblem im Weltall gelöst ist oder zumindest Ideen existieren, wie man Langzeitflüge durch bestimmte medikamentöse Maßnahmen sicherer machen kann, sind erdferne Missionen undenkbar», sagt Ullrich.

«Manchen Phänomenen kann man in ihrer Reinform nur auf die Spur kommen, indem man die auf der Erde ständig herrschende Schwerkraft ausschaltet», erläutert DLR-Managerin Ulrike Friedrich. Ein Beispiel dafür ist die Materialforschung: So können Metalllegierungen in der Schwerelosigkeit in Reinform hergestellt werden, weil der übliche Abrieb eines Kessels, in dem die Metalle sonst erhitzt werden müssen, entfällt. In der Schwerelosigkeit schweben die Legierungen berührungsfrei inmitten eines Behältnisses.

Andere Forscher untersuchen etwa, wie die Schwerkraft-Rezeptoren von Pflanzen arbeiten und dafür sorgen, dass Stämme und Sprossen nach oben und Wurzeln nach unten wachsen. «Solche Experimente können neben den sehr begrenzten Kapazitäten auf Raum-Missionen oder auf der ISS am besten bei den Parabelflügen durchgeführt werden,» sagt Friedrich. Eine weitere Möglichkeit wäre die Nutzung des «Fallturms» in Bremen. Dort dauert die Phase der Schwerelosigkeit allerdings nur bis zu neun Sekunden.

car/ruk

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