Parabelflug

Grundprinzip

Ein Parabelflug ist ein besonderes Flugmanöver, bei dem ein Flugzeug eine zur Erdoberfläche geöffnete Wurfparabel beschreibt. Ziel ist es, für kurze Zeit Schwerelosigkeit zu erreichen oder eine verminderte Schwerkraft zu simulieren, etwa die Gravitation auf dem Mond oder dem Mars. In der Praxis werden meist 5 bis 30 Parabeln hintereinander geflogen.

Während des eigentlichen Parabelflugs befinden sich die Menschen und Gegenstände im Flugzeug in weitestgehender Schwerelosigkeit, genauer in Mikrogravitation. In den Phasen davor und danach tritt dagegen nahezu doppelte Schwere auf. Diese setzt sich aus der normalen Gravitation und einer etwa ebenso starken Trägheitskraft zusammen und wird Hyperschwerkraft genannt. Das Konzept des Parabelflugs wurde 1950 in den USA von Fritz Haber und Heinz Haber entwickelt.

Ablauf des Flugmanövers

Zur Eingewöhnung können zunächst flachere Parabeln geflogen werden. Damit lässt sich eine verminderte Schwerkraft simulieren, zum Beispiel die Marsgravitation mit 0,38 g oder die Mondgravitation mit 0,16 g. Danach folgen mehrere wellenartige Flugbahnen, in denen Schwerelosigkeit entsteht.

Zuerst fliegt die Maschine horizontal mit Höchstgeschwindigkeit, etwa 800 km/h oder 220 m/s. In der ersten Phase geht sie in einen Steigflug über, bis ein Neigungswinkel von 47° erreicht ist. Dabei herrscht in der Maschine ungefähr die doppelte Erdbeschleunigung. Die horizontale Geschwindigkeitskomponente beträgt, ähnlich wie die vertikale, rund 550 km/h oder 150 m/s.

In der zweiten Phase, einer etwa 5 Sekunden dauernden Transitionsphase, werden die Triebwerke gedrosselt. Der Schub gleicht dann nur noch den Luftwiderstand aus, und das Flugzeug wird langsamer. In dieser Phase ist bereits eine deutliche Abnahme der Schwerkraft spürbar.

Die dritte Phase ist der eigentliche Parabelflug. Der Pilot drückt den Steuerknüppel leicht nach vorne, sodass das Flugzeug einer Wurfparabel folgt. Die Passagiere sind nun in weitestgehender Schwerelosigkeit. Das Flugzeug steigt zunächst weiter, aber mit abnehmender Vertikalgeschwindigkeit und abnehmendem Winkel, bis es je nach Flugzeugtyp eine Maximalhöhe von etwa 7000 bis 8500 m beziehungsweise 23.000 bis 28.000 ft erreicht. Danach sinkt es wieder mit zunehmender Vertikalgeschwindigkeit. Die Vertikalbewegung entspricht zusammen mit der Fluggeschwindigkeit während dieser Phase einem freien Fall. Die Schwerelosigkeit dauert im Durchschnitt rund 22 Sekunden. Das entspricht einer vertikalen Anfangs- beziehungsweise Endgeschwindigkeit von etwa 108 m/s oder 390 km/h und jeweils einem Höhenunterschied von knapp 600 m.

In der vierten Phase, wieder einer Transitionsphase, leitet der Pilot bei einem Bahnneigungswinkel von rund −45° die Schwerelosigkeit gleichmäßig aus. Dadurch kommen die Personen in der Kabine sanft auf den Boden zurück. In der fünften Phase wird der Sturzflug durch Ziehen des Höhenruders abgefangen, und die Triebwerke werden wieder hochgefahren. Dabei herrschen erneut etwa 2 g. Dieser Vorgang dauert 20 Sekunden. Nach einer Pause von etwa zwei Minuten im Horizontalflug beginnt die nächste Parabel.

Medizinische Auswirkungen

Parabelflüge können für den Körper belastend sein, weil Augen und Gleichgewichtsorgane während der Beschleunigungen und Steilflüge Informationen an das Gehirn senden, die nicht zusammenpassen. Dadurch reagieren einige Menschen auf die schnellen Wechsel der Schwerkraft mit Übelkeit oder Brechreiz.

Vor einem solchen Flug werden deshalb Antiemetika verabreicht, also Mittel gegen Übelkeit und Erbrechen. Meist wird Scopolamin verwendet. Wegen der unangenehmen Symptome vieler Teilnehmer tragen Flugzeuge für Parabelflüge gelegentlich den Spitznamen „Kotzbomber“. Die NASA nannte ihre für Parabelflüge verwendete Boeing KC-135 „Vomit Comet“, auf Deutsch etwa „Kotzkomet“.

Wichtige Anwendungen

Parabelflüge dienen vor allem dazu, Bedingungen der Schwerelosigkeit oder verminderter Schwerkraft für Forschung, Technik und Training herzustellen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Erprobung von Geräten, die später im Weltraum unter Schwerelosigkeit funktionieren sollen. Unter solchen Bedingungen verhalten sich Flammen, Flüssigkeiten, Gase, Sand und andere Materialien teilweise völlig anders als auf der Erde.

Außerdem werden naturwissenschaftliche Experimente durchgeführt, zum Beispiel zur Fluiddynamik, Materialwissenschaft oder Chemie. Fluiddynamik untersucht das Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen. Auch biologische Experimente zur Gravitaxis sind möglich. Gravitaxis bezeichnet die Ausrichtung oder Bewegung von Lebewesen in Bezug auf die Schwerkraft.

Parabelflüge können auch die geringere Schwerkraft auf Himmelskörpern wie Mond oder Mars simulieren. Außerhalb der Forschung wurden sie für Filmaufnahmen genutzt: Einige Weltraumszenen des Films Apollo 13 wurden während Parabelflügen gedreht, um die Schwerelosigkeit im Weltraum nachzuahmen.

Eine weitere Anwendung ist das kurzzeitige Erreichen sehr großer Höhen. Durch einen Parabelflug kann ein Flugzeug in eine Höhe gelangen, in der es sich wegen des zu geringen Luftdrucks nicht dauerhaft halten kann. So stellte 1977 eine sowjetische Mikojan-Gurewitsch MiG-25 den Höhenweltrekord für Strahlflugzeuge auf. Sie erreichte dabei 37,65 km.

Geeignete Flugzeuge

Grundsätzlich können mit jedem Flugzeug Parabeln geflogen werden. In der Praxis werden jedoch meist leicht modifizierte große Strahlflugzeuge eingesetzt. Ihr Vorteil ist ein weiter Innenraum, der Platz für Experimente und freies Schweben bietet.

Beispiele sind eine Ilyushin Il-76 bei der russischen Raumfahrtbehörde, eine Boeing KC-135 und eine Douglas DC-9 bei der NASA sowie ein Airbus A300 ZERO-G bei der ESA. Auch touristische Parabelflüge sind möglich: Bei Air Zero G in Bordeaux können Touristen mit einem Airbus A310 teilnehmen. Air Zero G veranstaltet bis zu sechs solcher Flüge pro Jahr, zum Preis von 7500 Euro pro Person. In den USA bietet die Zero Gravity Corporation ebenfalls Parabelflüge mit einer Boeing 727 und dem Airbus A300 der ESA an.

Parabelflüge sind auch mit Kleinflugzeugen und sogar mit Segelflugzeugen möglich. Freies Schweben ist dort wegen des begrenzten Platzes aber nur eingeschränkt möglich. Die maximale Zeit in Schwerelosigkeit hängt von der maximal zulässigen Geschwindigkeit des Flugzeugs ab.