Wissenschaft im freien Fall: Forschungsflüge in der Schwerelosigkeit II

Wissenschaft im freien Fall, Teil II

24.03.2009, 15:15 Uhr | Von Klaus Peters, dpa

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Sportwissenschaftler wollen herausfinden, welches Training im All Muskelschwund vorbeugen kann. Das Foto entstand nicht bei Schwerelosigkeit (Foto: dpa)

Arme Sportwissenschaftler

Diesmal sind die Mitarbeiter des Sportwissenschaftlers Matthias Lochmann von der Universität Erlangen-Nürnberg von der Übelkeit besonders stark betroffen. Der Professor hat einen Ergometer in dem Airbus installiert, um neue Trainingsmöglichkeit für Langzeit-Astronauten 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.

Der Gewöhnungseffekt

Erstes, eher ernüchterndes Ergebnis der Versuche: Jeweils der ersten Schicht geht es auf dem Ergometer kotzschlecht, wenn der Proband nach 15 Parabeln - also 15-mal Steilflug und freier Fall - 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.

GrafikWie funktioniert ein Parabelflug?

Durcheinander im Hirn

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.

Das Problem mit dem Muskelschwund

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.

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Für ein besseres Training

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 Test-Ergebnisse auch nutzen, um neue Therapien für Menschen mit Bewegungsstörungen, etwa Patienten mit Multipler Sklerose oder Parkinson, zu entwickeln.

Ein noch ungelöstes Problem

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 Probleme 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.

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Phänomene in der Reinform

"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.

Fallturm in Bremen - zu kurz

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.

Flug über dem Meer

Im Cockpit des Airbus arbeiten drei erfahrene Testpiloten mit höchster Konzentration, um die schwierigen Flugmanöver möglichst glatt durchzuführen. Dabei ist einer nur für die Steuerung der Längsachse, einer für die Querachse und ein Dritter für den Schub zuständig. Ein vierter Mann im Cockpit überwacht die Instrumente. Geflogen wird hauptsächlich über dem Meer, weil es dort weniger Turbulenzen gibt, in einer Höhe zwischen 6000 und 8000 Metern.

Gutes Pilotenteam nötig

Die drei Piloten müssen extrem gut aufeinander eingespielt sein. "Eine saubere Parabel zu fliegen ist in etwa so schwer, als würde man mit 200 Stundenkilometern auf der Autobahn genau über eine Fahrbahn-Markierung rasen und dürfte nur zwei Millimeter nach rechts und links abweichen", erläutert Kapitän Pichenet. Mit bis zu 52 Grad geht der Airbus bei den Parabeln in den Steil- beziehungsweise Sturzflug.

Ohrkratzen schwierig

Für die Passagiere sind jeweils die Phasen der fast verdoppelten Schwerkraft jeweils 20 Sekunden zu Beginn des Steilflugs und zum Ende des Sturzflugs etwas unangenehm. Während der Hyperschwerkraft scheint sich das gesamte fast verdoppelte Körpergewicht in der Gegend des Steißbeins zu versammeln. Auf Armen, Kopf und Schultern lastet ein ungeheurer Druck, selbst die Wangen oder der Kehlkopf fühlen sich unglaublich schwer an. Allein das Anheben eines Arms, etwa um sich am Ohr zu kratzen, kostet große Mühen.

"Für alles Schöne gibt's einen Preis"

Umso befreiender ist dann die abrupt einsetzende Schwerelosigkeit, sobald der Pilot den Schub raus nimmt. "Ein unbeschreibliches Glücksgefühl", schwärmt Friedrich. Glücksmomente, die die DLR-Managerin aber nur selten bei verkürzten Parabelflügen auskosten kann, denn sie wird selbst schnell reisekrank. Anders als manche der Buntbarsche von Professor Hilbig wird sie sich zu ihrem Leidwesen wohl nie so richtig daran gewöhnen. Dennoch will sie es immer wieder versuchen. "Für alles Schöne im Leben muss man einen Preis zahlen", sagt sie ungerührt. "Die Einen weniger - und ich halt mehr."

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Von Klaus Peters, dpa