Das All auf der Erde - Riesige Vakuumkammer in Ohio simuliert Weltraumbedingungen

Das All auf der Erde - Riesige Vakuumkammer in Ohio simuliert Weltraumbedingungen

Bevor sie Geräte und Ausrüstung ins All fliegen lässt, schickt die NASA das Material zum Glenn-Forschungszentrum im US-Bundesstaat Ohio. Dort wird dessen Tauglichkeit für die extremen Verhältnisse im Vakuum des Universums getestet.
Vacuum-Chamber-3.jpg

Galileis Wunschtraum

Die weiße Kuppel auf dem NASA-Forschungsgelände nahe Sandusky im Norden des US-Bundesstaates Ohio wölbt sich über die Space Simulation Vacuum Chamber. Sie ist mit 37 Meter Höhe und 30 Meter Durchmesser die größte Vakuumkammer der Welt. Galileo Galilei hätte jubiliert, wenn es sie schon zu seinen Lebzeiten gegeben hätte. In dem riesigen Raum kann man tatsächlich beobachten, dass seine Fallgesetzte stimmen und eine Handvoll Federn ebenso schnell wie eine Bowlingkugel nach unten fällt.

Tests für ISS und Mars-Mission

Die Kammer, die bereits 1969 erbaut wurde, eignet sich dank ihrer technischen Ausstattung sowohl als Experimentierfeld für die Grundlagenforschung als auch für die Prüfung industrieller Neuentwicklungen. Sie dient aber hauptsächlich den NASA-Ingenieuren als Testraum für allerlei „Hardware", die sich später im All bewähren soll. Satelliten, Sonden, Antriebsstufen für Raketen, Mannschaftskapseln und Mondfahrzeuge wurden hier schon hineingefahren und ähnlich extremen Bedingungen ausgesetzt, wie sie im Weltall herrschen. Die Experten haben zum Beispiel auch untersucht, ob und wie sich die Sonnensegel der internationalen Raumstation ISS im Vakuum entfalten. Gegenwärtig steht die Mars-Mission im Fokus der Versuche. Unter anderem wird das Airbag-Landungssystem für zwei Mars-Mobile erprobt.

Neben dem Weltraum-Vakuum werden auch die großen Temperaturschwankungen im All und die harte UV-Strahlung der Sonne simuliert. Die Innentemperatur der Kammer lässt sich auf 60 Grad Celsius aufheizen und bis minus 160 Grad Celsius abkühlen. Als künstliche Sonnen fungieren Quarzlampen mit 4400 Kilowatt Leistung.

Modernste Vakuumpumpen

Der Innenraum der Kammer ist mit Aluminium ausgekleidet und hat ein Volumen von 22.653 Kubikmeter. Das entspricht etwa dem Rauminhalt von zehn olympischen Schwimmbecken. Eine bis zu 2,4 Meter dicke Außenhaut aus Beton schützt die Konstruktion vor den von außen einwirkenden Kräften, wenn sich die 15 mal 15 Meter großen Tore an den Seiten der Kammer auf Knopfdruck schließen und drinnen allmählich der Luftdruck sinkt. Um das Ultrahochvakuum des Alls zu erreichen, werden verschiedene Vakuumpumpen kombiniert, unter anderem Drehkolben- und Turbomolekular-Vakuumpumpen. Es dauert mehrere Stunden, bis 30 Tonnen Luft hinausbefördert sind. Im Kammerinneren verbleiben dann nur noch etwa zwei Gramm, der Luftdruck beträgt 0,0000000013 Bar oder 130 Mikropascal. Das entspricht einem Milliardstel des Atmosphärendrucks auf der Erde.


Fallen schwere Dinge schneller als leichte? Schon Aristoteles stellte um 300 v. Chr. diese Frage und postulierte später auf Grundlage seiner Beobachtungen, dass die Fallgeschwindigkeit eines Körpers von dessen Masse abhänge. Nachdem sich Galileo Galilei fast 2000 Jahre später eine Weile mit der Bewegung fallender Körper beschäftigt hatte, kamen ihm Zweifel an der These des antiken Gelehrten: Er bemerkte, dass der Luftwiderstand eine Rolle spielt. Also konstruierte er eine schiefe Ebene und ließ eine Messingkugel viele Male darauf hinunterrollen. Dabei variierte er immer wieder das Gefälle, änderte die Versuchsbedingungen und bestimmte mithilfe von Glöckchen, Wasseruhr und seinem eigenen Puls die Laufzeit der Kugel.

Aus seinen Ergebnissen schloss er auf die Bewegung von Körpern im freien Fall und stellte dazu erste Gesetze auf: 1. Die Fallgeschwindigkeit (v) eines Körpers wächst proportional zur Fallzeit (t). 2. Die durchfallene Strecke (h) wächst proportional zum Quadrat der Fallzeit (t2). Welche Masse oder Form ein Körper hat, spielt demnach keine Rolle für den Fallweg oder die Fallgeschwindigkeit eines Körpers. Doch war Galilei durchaus bewusst, dass sein Versuch nur Näherungswerte erbringen konnte. Für eine direkte Überprüfung hätte er eine Vakuumkammer gebraucht – etwas kleiner als in Ohio hätte durchaus genügt. Denn erst ohne Luftwiderstand, in einem Vakuum, fallen alle Körper tatsächlich gleich schnell. Dass Galilei auch ohne Vakuumkammer zu korrekten Schlussfolgerungen kam, macht seine wissenschaftliche Leistung noch größer.


„World of Vacuum" auch als Newsletter!
Jetzt abonnieren und immer Neues und Spannendes aus der Welt des Vakuums erfahren.

ANMELDEN

* Ich möchte den vierteljährlich erscheinenden „World of Vacuum"-Newsletter von Busch per Email erhalten. Diese Einwilligung kann jederzeit am Ende des E-Mail-Newsletters widerrufen werden.

Möchten Sie mehr erfahren?
Nehmen Sie direkt mit uns Kontakt auf (Busch Österreich):
+43 (0)2262 75665-0 Kontaktformular