Parabelflug

Der Parabelflug

Hast du schon von sogenannten Parabelflügen gehört und dich gefragt, was das ist? Mit einem Parabelflug kann für einen kurzen Zeitraum annähernde Schwerelosigkeit erreicht werden. Das ist nützlich für Experimente oder auch das Training von Astronauten. Wir wollen uns im Folgenden anschauen, was ein Parabelflug genau ist und wie er funktioniert. Zunächst wiederholen wir dazu wichtige Grundbegriffe.

Gewichtskraft und Schwerelosigkeit

Gewichtskraft

Als Gewichtskraft bezeichnet man die Kraft, die auf einen Körper in einem Schwerefeld wirkt. Auf der Erde kann man näherungsweise sagen, dass die Gewichtskraft durch die Schwerebeschleunigung $g$ verursacht wird.

Schwerelosigkeit

Ein Körper befindet sich in einem Zustand der Schwerelosigkeit, wenn die Gewichtskraft nicht spürbar ist. Es kann zwar nach wie vor eine Beschleunigung, also auch eine Kraft, wirken, aber es gibt keine Gegenkraft, die diese kompensiert. Wenn du zum Beispiel auf einem Stuhl sitzt, übt dieser eine Gegenkraft auf dich aus – sonst würdest du ja zum Erdboden fallen. Du spürst dann die auf dich wirkende Gewichtskraft mittelbar durch diese Gegenkraft des Stuhls. Du spürst deine Gewichtskraft auch umso weniger, je gleichmäßiger die Gegenkraft auf deinen Körper verteilt ist. Wenn du im Wasser treibst, fühlt sich das schon etwas mehr wie Schwerelosigkeit an. So richtig schwerelos ist man aber erst dann, wenn gar keine Gegenkraft wirkt.

Beim freien Fall mit Luftwiderstand tritt beispielsweise keine Schwerelosigkeit ein, weil der Luftwiderstand noch als Gegenkraft spürbar ist. Beim freien Fall ohne Luftwiderstand, also im Vakuum, tritt ein Zustand der Schwerelosigkeit ein.

Was ist ein Parabelflug?

Im Folgenden wollen wir uns die Erklärung des Parabelflugs anschauen. Dazu schauen wir uns genau an, wie so ein Flug zeitlich abläuft.

Bei einem Parabelflug versucht die Pilotin oder der Pilot, durch ein kompliziertes Flugmanöver den freien Fall ohne Luftwiderstand zu simulieren. Das eigentliche Manöver besteht aus mehreren Phasen.

Phase 1

In der ersten Phase geht das Flugzeug von einer horizontalen Flugbahn in eine starke Steigung von etwa $47^{\circ}$ über. In dieser Phase wirkt auf die Passagiere eine etwa $1,8$-fache Erdbeschleunigung in Bezug auf das Flugzeug. Das können wir uns folgendermaßen vorstellen:

Sowohl auf das Flugzeug als auch auf die Passagiere wirkt die Erdbeschleunigung $g$ nach unten. Das Flugzeug beschleunigt allerdings zusätzlich mit einer Beschleunigung $a$ nach oben. Aufgrund ihrer Trägheit wirkt die Beschleunigung des Flugzeugs nach oben auf die Passagiere wie eine zusätzliche Beschleunigung nach unten. Dieses Gefühl kennst du zum Beispiel aus einem Fahrstuhl: Wenn der Fahrstuhl nach oben beschleunigt, fühlt es sich so an, als würdest du gegen den Fahrstuhlboden gedrückt werden.

Übergangsphase

In der Übergangsphase wird der Schub der Triebwerke gerade so vermindert, dass das Flugzeug nicht weiter nach oben beschleunigt, sondern nur noch die Bremswirkung des Luftwiderstands ausgeglichen wird. Das Flugzeug geht also in die Phase des freien Falls über. Die Schwerkraft nimmt in dieser Phase langsam ab.

Phase 2

In der zweiten Phase wird das Flugzeug so gesteuert, dass es der Bahn einer Wurfparabel im freien Fall folgt. In dieser Phase sind die Passagiere annähernd schwerelos. Das können wir uns wie folgt vorstellen:

Das Flugzeug fliegt gerade so, dass die Gegenkräfte durch Luftreibung kompensiert werden und folgt der parabelförmigen Bahn des freien Falls. Das heißt, wir können seine Bewegung so beschreiben, als wirke nur die Erdbeschleunigung $g$ und keine Gegenkräfte. Auch auf die Passagiere wirkt nur die Erdbeschleunigung $g$ – sie folgen also ebenso einer Wurfparabel. Man könnte also sagen, dass Flugzeug und Passagiere gemeinsam in die gleiche Richtung fallen. Daher spüren die Passagiere in der Kabine keine Gegenkräfte und sind schwerelos.

Übergangsphase

In der nächsten Übergangsphase beginnt das Flugzeug, den freien Fall abzubremsen. Dies geschieht sehr langsam, damit die Passagiere nicht hart auf den Flugzeugboden stürzen.

Phase 3

In der letzten Phase wird der Schub der Triebwerke wieder erhöht und das Flugzeug in eine horizontale Bahn gelenkt. In dieser Phase wirken wieder etwa $1,8~g$ auf die Passagiere, da das starke Abbremsen einer Beschleunigung nach oben entspricht.

Parabelflug – Anwendungen

Parabelflüge werden für eine Vielzahl von Experimenten und Untersuchungen genutzt. Beispielsweise können Messgeräte, die später in Schwerelosigkeit im Weltraum oder auf der internationalen Raumstation eingesetzt werden sollen, vorher getestet werden. Es werden auch Experimente zum Verhalten verschiedener Materialien wie Flüssigkeiten oder chemischer Reaktionen in Schwerelosigkeit durchgeführt.

Für viele der Passagiere hat ein Parabelflug auch negative Auswirkungen auf den Körper. Ähnlich wie bei der Schifffahrt kommt es häufig zu Übelkeit. Deswegen haben die Flugzeuge auch Spitznamen wie Kotzbomber oder Kotzkomet.

Kurze Zusammenfassung zum Video Parabelflug

In diesem Video wird dir erklärt, wie man mit einem Parabelflug Schwerelosigkeit erzeugen kann. Du erfährst außerdem, welche Anwendungen es gibt.