Mit weltweit einzigartiger Katapultanlage von 0 auf 175 km/h in einer Viertel Sekunde

Uraufführung in Bremen: weltweit einzigartige Katapultanlage im Fallturm Bremen – Forschungsministerin Edelgard Bulmahn und Staatsrat Rainer Köttgen drücken am 2. Dezember den Startknopf zum Jungfernflug

Mit einer weltweit einzigartigen Katapultanlage stößt das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitationsforschung (ZARM) an der Universität Bremen in eine neue technische Dimension vor. Denn im Gegensatz zur bisherigen Praxis „schießen“ die Wissenschaftler die Experimentierkapsel im Fallturm künftig zunächst nach oben, bevor sie wieder fällt. Dadurch lässt sich der für Forschungszwecke wichtige Zustand der Schwerelosigkeit von bisher 4,74 auf rund 10 Sekunden ausdehnen. Diese Versuchsdauer ließe sich mit dem bisherigen System nur in einem Fallturm von mindestens 500 Meter Höhe erreichen. Den Startknopf zum Jungfernflug am 2. Dezember drücken Bundesforschungsministerin Edelgard Bulmahn und Staatsrat Rainer Köttgen.

In einem zehn Meter tiefen Abschussraum unterhalb des Fallturms ist der größte Teil der Katapultanlage eingebaut. Beim ersten Blick in den Raum fallen sofort die zwölf riesigen, sonnengelben Druckluftbehälter auf, die die gesamte Anlage dominieren. Sie sind radial um das zentrale Führungsrohr angeordnet, in dem sich der kolbenförmige Katapulttisch befindet. Insgesamt füllt das Katapultsystem den Raum fast vollständig aus. Unterhalb des Abschussraums ist in einem zwölf Meter tiefen Schacht der Hydraulikbremszylinder eingelassen. Er ist durch eine Kolbenstange mit dem Katapulttisch verbunden.

Alle Komponenten sind Teil eines weltweit einzigartigen Antriebssystems. Dessen Prinzip ist mit einer Spritze vergleichbar, bei der man die vordere Öffnung mit einem Finger zuhält und gleichzeitig den Kolben mit der anderen Hand nach unten zieht. Dabei entsteht ein Unterdruck, durch den der Kolben wieder nach oben schnellt, sobald man ihn loslässt. Bei der Katapultanlage bewegt der mit Öl betriebene Hydraulikbremszylinder den Katapulttisch genauso nach unten wie die Hand den Spritzenkolben. Je mehr Öl in den Zylinder hineingepumpt wird, desto tiefer zieht die Kolbenstange den Katapulttisch in das zentrale Führungsrohr hinein – solange bis er die Ausgangsposition erreicht hat. Dort hält der Hydraulikbremszylinder ihn solange fest, bis über Ventile kontrolliert sehr schnell große Mengen Öl abgelassen werden. Dadurch sinkt die Haltekraft schlagartig stark ab und der Kolben schießt nach oben. Oder anders ausgedrückt: Die Hand lässt den Spritzenkolben los – er schnellt hoch. Im Fallturm erzeugt die Druckdifferenz von etwa 3 bar zwischen den zwölf Druckluftbehältern und dem Vakuum der Fallröhre die erforderliche Antriebskraft. Sie beschleunigt den Katapulttisch innerhalb von einer Viertel Sekunde auf 175 Stundenkilometer. Dies entspricht im Mittel ungefähr der 20-fachen Erdbeschleunigung.

Auf dem Katapulttisch steht die Experimentierkapsel, die abhebt, wenn der Hydraulikbremszylinder die Abschussvorrichtung nach sieben Metern Beschleunigungstrecke innerhalb von rund zwei Metern definiert abbremst. Die Abhebegeschwindigkeit von 175 Stundenkilometer ist so berechnet, dass die Kapsel kurz vor der Turmspitze stoppt, wieder fällt und – so wie bisher – in dem mit stecknadelkopfgroßen Styroporkugeln gefüllten Auffangbehälter landet. Das ist so, als ob man einen Ball senkrecht nach oben wirft, er genau auf derselben Linie nach unten fällt und man ihn dann wieder auffängt.

Das beschriebene Antriebsprinzip ist somit denkbar einfach. Im Detail sind die notwendigen Lösungen allerdings eine große Herausforderung für die beteiligten Ingenieure gewesen. Das einzigartige Katapultsystem wurde in Kooperationen mit Unternehmen aus Norddeutschland wie Lingk & Sturzebecher aus Stuhr, R&M EMS GmbH aus Cloppenburg und Mahrenholtz & Partner aus Hannover gebaut. Der Hydraulik- und Leichtbau-Spezialist Lingk & Sturzebecher ist beispielsweise für die gesamte Hydraulik und Leichtbaukonstruktion der Katapultanlage verantwortlich. Zudem haben die Mitarbeiter von Lingk & Sturzebecher durch ihr Hydraulik-Spezialwissen bereits in der Katapultentwicklung einen entscheidenden Beitrag geleistet. R&M EMS GmbH aus Cloppenburg fertigte die Druckluftbehälteranlage und das Führungsrohr an. Mahrenholtz & Partner lieferte die Regelhardware und programmierte die Software für die Regelungstechnik des Katapults.

Die wissenschaftlichen Vorteile der verdoppelten Flugzeit liegen auf der Hand: In den knapp zehn Sekunden Schwerelosigkeit in exzellenter Qualität steigt die Messgenauigkeit noch weiter an und die Forscher können Prozesse über einen längeren Zeitraum beobachten.

Weitere Informationen:

ZARM-Fallturmbetriebsgesellschaft mbH
Ralf Baur
Tel. 0421/218-4107, Fax 0421/218-2521
E-Mail: ralfbaur@uni-bremen.de