Projekt läuft · Physik
Zero-G
Wir entwerfen Experimente für die Schwerelosigkeit, während Parabelflügen.
- Schwerelosigkeit bei jeder Parabel
- 8 s
- der Höchstwert, beim Ein- und Austritt aus der Parabel
- 1,8 g
- Experimente im Flug, am 19. November 2025
- 2
- das CanSat-Modul, für einen Flug auf einer Rakete
- 66 × 115 mm
Für alle, die kommen aus Physik, Ingenieurwesen, Biologie
Der Parabelflug
Ein Flugzeug im Horizontalflug zieht die Nase hoch und steigt: für einige Sekunden wiegt, wer an Bord ist, das 1,8-Fache des Normalen. Dann nimmt der Pilot den Schub weg, und das Flugzeug folgt der Parabel eines geworfenen Steins. Flugzeug, Menschen und Experimente fallen zusammen, und in der Kabine verschwindet das Gewicht. Am Ende kehrt das Flugzeug in den Horizontalflug zurück und durchläuft dabei erneut 1,8 g.
Auf dem Airbus A310 ZERO-G, der für die europäischen Raumfahrtagenturen fliegt, dauert die Schwerelosigkeit 20 bis 22 Sekunden, bei 31 Parabeln pro Flug. Auf einem kleinen Flugzeug der allgemeinen Luftfahrt dauert sie etwa 8 Sekunden, mit 4 bis 6 Parabeln pro Flug, kostet aber deutlich weniger. Unser Flug, am 19. November 2025, wurde uns von RINA und QBT angeboten.
- Anstieg auf 1,8 g das Flugzeug zieht die Nase hoch
- 8 Sekunden ohne Gewicht Flugzeug und Experimente fallen zusammen
- Austritt bei 1,8 g das Flugzeug kehrt in den Horizontalflug zurück
Die Zahlen im Diagramm
| Zeit (s) | Schwerkraft an Bord (g) |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 5 | 1 |
| 6,5 | 1,8 |
| 11 | 1,8 |
| 12 | 0 |
| 20 | 0 |
| 21 | 1,8 |
| 25,5 | 1,8 |
| 27 | 1 |
| 32 | 1 |
Die Zahlen im Diagramm
| Flugzeug | Dauer pro Parabel |
|---|---|
| Airbus A310 ZERO-G (Flugzeug für Parabelflüge) | 20 bis 22 s |
| Kleines Flugzeug (wie bei unserem Flug) | etwa 8 s |
Die Hele-Shaw-Zellen
Eine Hele-Shaw-Zelle besteht aus zwei sehr nah beieinanderliegenden Glasplatten. Die Flüssigkeit, die zwischen den Platten fließt, bewegt sich wie Wasser in einem porösen Gestein: deshalb ist die Zelle ein kleines Labor für poröse Materialien, für chemische Mikroreaktoren und für Lab-on-Chip-Geräte.
Unsere Zellen sind mit destilliertem Wasser gefüllt und von hinten beleuchtet. Eine Spritzenpumpe bläst Luftblasen mit konstanter Förderrate, und ein Handy filmt den ganzen Flug. Am Boden steigen die Blasen auf, angetrieben vom Auftrieb; bei 1,8 g steigen sie schneller auf; ohne Gewicht verschwindet der Auftrieb, und es zählen nur die Oberflächenspannung und die Viskosität.
Bereits veröffentlichte Experimente zeigen, wie sehr die Schwerkraft ins Gewicht fällt: wenn eine Flüssigkeit eine andere in einer Hele-Shaw-Zelle verdrängt, öffnet sich die Front in Fingern. Bei Parabelflügen ist der Abstand zwischen den Fingern ohne Gewicht etwa 3-mal die Dicke der Zelle, gegenüber etwa 5-mal am Boden.
| Zellen | Glas, sehr dünn | mit destilliertem Wasser gefüllt |
|---|---|---|
| Blasen | Luft | mit konstanter Förderrate geblasen |
| Pumpe | Spritzenpumpe | für Infusionen |
| Licht | von hinten | um die Umrisse der Blasen zu sehen |
| Halterung | aus Holz | am Flugzeug befestigt |
| Aufnahme | Handy | für den ganzen Flug, auch bei 1,8 g |
Das Jurin-Gesetz
In einem dünnen Rohr steigt eine Flüssigkeit von selbst auf: die Kräfte zwischen Flüssigkeit und Glas ziehen sie hoch, bis das Gewicht der Säule sie ausgleicht. Die Höhe der Säule gibt das Jurin-Gesetz an.
h = 2 · γ · cos θ / (ρ · g · r)
h Höhe der Säule
γ Oberflächenspannung der Flüssigkeit
θ Winkel zwischen Flüssigkeit und Glas
ρ Dichte der Flüssigkeit
g Erdbeschleunigung
r Innenradius des RohrsBei 1,8 g wird die Säule um das 1,8-Fache kürzer. Bei 0 g gibt es keine Gleichgewichtshöhe mehr: die Flüssigkeit steigt weiter, solange sie Rohr findet.
In der Formel kommt die Viskosität nicht vor: sie entscheidet, wie viel Zeit man braucht, um anzukommen, nicht, wo man ankommt. Deshalb haben wir drei sehr unterschiedliche Flüssigkeiten gewählt: Wasser als Referenz, Dimethylether, wenig viskos, und Glyzerin, etwa 1400-mal viskoser als Wasser. Dimethylether ist bei Raumtemperatur nur unter Druck flüssig, bei etwa 5 bar.
Die Zahlen im Diagramm
| Flüssigkeit | Höhe der Säule |
|---|---|
| Wasser (bei 1 g) | 29,7 mm |
| Wasser (bei 1,8 g) | 16,5 mm |
| Glyzerin (bei 1 g) | 20,5 mm |
| Glyzerin (bei 1,8 g) | 11,4 mm |
Der nächste Schritt: ein Experiment auf einer Rakete
Auf einer Rakete wird der Schub beim Start zum Labor: für wenige Sekunden erreicht die Beschleunigung ein Vielfaches der Erdbeschleunigung. Wir entwerfen ein biophysikalisches Experiment für Colombo 3, die Rakete unseres Rocket-Teams.
Es gibt zwei Untersuchungsobjekte. Lebende Zellen: wie die Beschleunigung das Zytoskelett und die Organellen verformt, und ob sich die Art ändert, wie die Zelle ihre Gene nutzt. Proteinkristalle: die in der Umlaufbahn gewachsenen sind größer und regelmäßiger, aber beim Wiedereintritt zur Erde erleiden sie Stöße bis zu 67 g und werden beschädigt. Diese Stöße nachzubilden hilft zu verstehen, wie man sie schützen kann.
Die Nutzlast folgt dem Reglement der European Rocketry Challenge: mindestens 1 kg, in einem Standardformat. Unser Modul ist ein CanSat: ein Zylinder mit 66 mm Durchmesser und 115 Höhe, zwischen 300 und 350 g, vollständig unabhängig von der Rakete.
| Mindestnutzlast | 1 kg | ohne Obergrenze |
|---|---|---|
| CanSat-Format | 66 × 115 mm | 300 bis 350 g pro Modul |
| CubeSat-Format | 100 × 100 × 100 mm | 1000 bis 1330 g |
| PocketSat-Format | 50 × 50 × 50 mm | 200 bis 250 g |
| Ballast | muss die Nutzlast ersetzen können | ohne den Flug der Rakete zu verändern |
Wo wir stehen
- Sommer 2025Wir haben die zwei Experimente ausgewählt: das Jurin-Gesetz und die Blasen in den Hele-Shaw-Zellen.
- 19. November 2025Wir haben die zwei Experimente auf einen Parabelflug mitgenommen, mit RINA und QBT, und den ganzen Flug gefilmt.
- Nach dem FlugWir haben die ersten Ergebnisse bei einer Konferenz in Physik vorgestellt, an der Universität Genua, der ersten einer Reihe mit RINA.
- HeuteWir werten die Daten für eine Publikation aus und entwerfen ein Experiment, das wir im CanSat-Format auf eine Rakete bringen wollen.
Fotos
Videos
Mit wem wir es machen
Quellen
- Präsentation beim Deep-Tech Showcase, Palazzo della Borsa, 21. April 2026.
- Präsentation von Zero-G bei der Veranstaltung vom 11. Dezember 2025.
- ESA, European Users Guide to Low Gravity Platforms, Kapitel Parabolic Flights.
- QBT, Parabelflug-Dienst G0Flight: g0flight.ch.
- Miscible viscous fingering in microgravity, Physics of Fluids 21, 054107, 2009.
- McPherson und DeLucas, npj Microgravity, 2015, über Proteinkristalle in der Umlaufbahn.
- European Rocketry Challenge, Rules and Requirements, Fassung 5, 2024.
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