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Technik kurz erklärt Die Entwicklung des Einstein-Elevators

Autor: Katharina Juschkat

In unserer Serie „Technik kurz erklärt“ stellen wir jede Woche ein Meisterwerk der Konstruktion vor. Heute: Der Einstein-Elevator.

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Der Einstein-Elevator ist eine einzigartige Versuchsvorrichtung, mit der vier Sekunden Schwerelosigkeit erreicht werden.
Der Einstein-Elevator ist eine einzigartige Versuchsvorrichtung, mit der vier Sekunden Schwerelosigkeit erreicht werden.
(Bild: Leibniz Universität Hannover/Marie-Luise Kolb)

Der Einstein-Elevator basiert auf einem Gedankenexperiment von Einstein, dem Äquivalenzprinzip. Das besagt, dass es für eine Person keinen spürbaren Unterschied gibt, ob sie sich auf der Erde in einem geschlossenen Raum befindet, oder in einem Raumschiff, das mit 1 g konstant beschleunigt – also der gleichen g-Kraft, die auch auf der Erde herrscht. Vergleichbar damit fühlt sich der freie Fall in einer ungebremsten Aufzugkabine genauso an wie das Schweben in Schwerelosigkeit etwa auf der ISS.

Dieses Prinzip haben sich Forscher des Hannover Institute of Technology (Hitec) zunutze gemacht – denn was für Menschen gilt, das gilt auch für wissenschaftliche Experimente. Somit entstand die Idee des Einstein-Elevators, einem Fallturm mit einer Gondel, der vier Sekunden Schwerelosigkeit simuliert – ganz nach dem Äquvalenzprinzip von Einstein.

Zahlen und Fakten zum Einstein-Elevator

- Gesamthöhe: 40 m
- Nutzlast: 1 t
- Versuchsdauer: 4 s
- Größe der Experimente: Ø 1,7 m x 2 m
- Stahlstruktur zur Führung der Gondel: 170 t
- Präzision der Führungsschienen: 0,1 mm auf 33m
- Mittlerer Energiebedarf pro Flug: 0,41 kWh
- Die Gondel: 465 kg schwere CFK-Struktur

Nach acht Jahren Planung vier Sekunden schwerelos

Seit 2011 bereits läuft die Planung am Hitec für den Forschungsbau. Im Frühjahr 2017 sind zunächst die 170 Tonnen schwere Stahlstrukturen zur Führung der Gondel und der Antrieb eingebaut worden. Der Antrieb mit einer maximalen Leistung von 4,8 MW wurde gemeinsam mit der dazugehörigen Energiespeicheranlage, den sogenannten Supercaps (Spannung 1050 V, max. Strom 5000 A), installiert.

Die Gondel wurde schließlich am 22. November 2018 eingebracht. Seitdem haben die Wissenschaftler intensiv am Zusammenspiel der verschiedenen Steuerungssysteme gearbeitet und die Anlage schrittweise in Betrieb genommen. Am 28.10.2019 war es dann soweit: Der erste Flug des 1000 kg schweren Experimentträgers fliegt schwerelos für 4 s in der Gondel.

Bildergalerie

Bis zu 300 mal täglich schwerelos

Der Einstein-Elevator besteht aus einer Gondel, die in einem 40 m hohen Turm verbaut ist. Sekundenschnell schießt die Gondel in die Höhe, sie beschleunigt auf 72 km/h in 0,5 s – dabei wirken 5g auf die Gondel, die Antriebswagen und das Experiment. Dann stürzt sie wieder zurück. In letzter Srekunde wird sie abgebremst. Das Resultat: Vier Sekunden Schwerelosigkeit. In der Gondel befindet sich eine Vakuumkammer, in der die Experimente stattfinden werden. Die Schwerelosigkeit gelingt, da die Bewegungswiderstände der Gondel während ihres Fluges durch den Antrieb exakt kompensiert werden.

Bei konventionellen Falltürme, die bereits im Einsatz sind, muss nach jedem Experiment der gesamte Turm evakuiert werden. Das ist durch die verwendete Gondel beim Einstein-Elevator nicht nötig. Dadurch ist eine Wiederholrate für Experimente von 300 pro Tag möglich, schätzen die Wissenschaftler.

Was im Einstein-Elevator getestet wird

Vor allem für künftige Weltraummissionen sind die Forschungsarbeiten wichtig. Die Wissenschaftler wollen zum Beispiel untersuchen, wie sich additive Fertigung in der Schwerelosigkeit nutzen lässt.

Wir wollen am Ende verstehen, wie sich Materie ins Nichts schreiben lässt.

Prof. Ludger Overmeyer, ein Initiatoren des Einstein-Elevators

Auch die Forschung an Quantensensoren und weiteren quantentechnologischen Anwendungen wollen die Wissenschaftler unter Weltraumbedingungen testen. Das ist keine wissenschaftliche Spielerei, sondern wichtig, um etwa das Erdschwerefeld hochgenau zu vermessen.

Nicht nur Schwerelosigkeit soll sich mit dem Einstein-Elevator nachstellen lassen. Es lassen sich auch verschiedene Beschleunigungsprofile nachstellen – und damit Bedingungen, wie sie etwa auf dem Mond oder Mars herrschen.

Die verwendeten, hochpräzisen Linearmotoren, die den Luftwiderstand der Gondel kompensieren, um das Freischweben des Experiments zu ermöglichen, stammen übrigens aus dem Achterbahnbau. Der Einstein-Elevator soll Forschenden der ganzen Welt ab Frühjahr 2020 für ihre Experimente zur Verfügung stehen.

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Über den Autor

 Katharina Juschkat

Katharina Juschkat

Redakteurin, Vogel Communications Group