Menü
Hannoversche Allgemeine | Ihre Zeitung aus Hannover
Anmelden
Aus der Stadt So simulieren Forscher in Hannover Schwerelosigkeit
Hannover Aus der Stadt So simulieren Forscher in Hannover Schwerelosigkeit
Partner im Redaktionsnetzwerk Deutschland
00:18 06.07.2018
Das Forschungszentrum Hitec mit seinem Fallturm steht kurz vor der Eröffnung. Quelle: Tim Schaarschmidt
Hannover

Es klingt noch immer nach Science Fiction. Werden eines Tages Menschen auf dem Mond oder Mars so viel Zeit verbringen, dass sie sich aus Mineralien vor Ort Werkzeuge bauen? Wissenschaftler der Leibniz-Universität arbeiten zumindest daran. „Wir wollen testen, wie 3-D-Druck in der Schwerelosigkeit funktioniert“, erklärt Prof. Wolfgang Ertmer vom Institut für Quantenoptik. Fliegt dann das zähflüssige Material, das Schicht für Schicht aufgetragen wird, unkontrolliert durch die Luft? Oder lässt sich das Produktionsverfahren doch steuern?

Schwerkraftverhältnisse wie auf Mond oder Mars

Das neue Hannover Institute of Technology (Hitec) bietet für solche Experimente bald die besten Bedingungen. Das 34 Millionen Euro teure interdisziplinäre Forschungszentrum in der Nordstadt steht kurz vor der Eröffnung. Herzstück des Neubaus ist ein Fallturm mit 40 Meter Höhe, von denen sich zehn Meter unter der Erde befinden. Im Einstein-Elevator, so der Name, lässt sich innerhalb einer Vakuum-Kapsel der Zustand der Schwerelosigkeit erreichen. Dazu schießen die Wissenschaftler diese Gondel in einem Gerüstturm nach oben. „Es läuft alles automatisiert ab, ist aber trotzdem aufregend wie bei einem Raketenstart“, sagt Hitec-Geschäftsführer Alexander Wanner. Die Gondel beschleunigt auf den ersten fünf Metern, fliegt dann kontrolliert 20 Meter in die Höhe und 20 Meter wieder zurück. „Die eigentliche Apparatur im Inneren löst sich und schwebt für vier Sekunden frei in der Kapsel“, erläutert Wanner. Und diese Zeit reicht den Forschern häufig sogar für mehrere Experimente aus.

Das Forschungszentrum Hitec der Leibniz-Universität startet im Juni 2018.

„Wir können in der Kapsel aber auch jede Art von Bedingungen nachstellen“, erklärt Hitec-Chef Ertmer. Also Schwerkraftverhältnisse wie auf dem Mond oder Mars. Die US-Raumfahrtagentur Nasa ist bereits hellhörig geworden. Noch ist der Einstein-Elevator gar nicht in Betrieb, die Kapsel für letzte Dichtigkeitstests bei einer Spezialfirma in Belgien, doch für den Herbst hat sich bereits eine Delegation aus Houston angekündigt. Denn ähnlich wie im Bremer Fallturm sind im Fallloch der Nasa nur zwei bis drei Starts am Tag möglich.

Im Hitec planen sie dank ihrer Katapult-Technik bis zu 100 Abwürfe in acht Stunden. „Damit kann ich die Zuverlässigkeit von Testergebnissen viel schneller überprüfen“, freut sich Ertmer. Damit durch die Starts der Kapsel bei den Nachbarn in der Nordstadt nicht 100-mal am Tag die Stromversorgung wackelt, speichern die Forscher Strom in einer Anlage mit großen Kondensatoren, die sich bei den Tests entladen.

Quantenphysiker, Gravitationsforscher, Ingenieure und Geodäten, deren Job die Vermessung der Erde ist: Mehr als 100 Wissenschaftler der Leibniz-Universität sowie von Partnern wie der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig, dem Laserzentrum Hannover und dem Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie in Bremen werden das Forschungszentrum nutzen. Viele Forscher arbeiten seit Jahren in interdisziplinären Gruppen zusammen und warten begierig auf die verbesserten Bedingungen im Hitec. „Wir können uns endlich in einem Gebäude treffen und am Kaffeeautomaten auf neue Ideen kommen“, schwärmt Ertmer.

Neue extrem präzise Laser-Messsysteme

Bei den zahlreichen geplanten Projekten geht es um Grundlagenforschung und zugleich ganz handfeste Zukunftsfragen wie den Klimawandel. Aktuell gewinnen Geodäten Daten über das Abschmelzen der Eisdecke unseres Planeten oder die Verteilung von unterirdischem Grundwasser zum Beispiel durch Satellitenmissionen, die Mikrowellenstrahlung für die Messungen einsetzen. Die Hitec-Forscher wollen diese Methode verbessern durch den Einsatz extrem präziser neuer Laser-Messsysteme. Zur Entwicklung bedienen sie sich einer Messgenauigkeit in der Größe von Quanten, unvorstellbar kleinen Teilchen auf Niveau eines Atoms.

Fahrstuhl zur Schwerelosigkeit

Rund 2,7 Tonnen wiegt die Fahrstuhlkabine zur Schwerelosigkeit. Im Einstein-Elevator schießen die Forscher eine Kapsel mit Testapparatur im Inneren bis auf 20 Meter Höhe. Die Beschleunigung passiert zuvor auf einer fünf Meter langen Startstrecke. Damit die schwere Gondel innerhalb einer halben Sekunde von Null auf 72 Stundenkilometer kommt, sind 4,8 Megawatt Schubkraft notwendig. „Ein Mensch würde sich bei dieser fünffachen Erdbeschleunigung fünfmal schwerer fühlen als normal“, sagt Hitec-Geschäftsführer Alexander Wanner. Doch dafür ist der Fallturm nicht gedacht. Nach dem Anschub schwebt das Testobjekt vier Sekunden frei im Vakuum der Kapsel. In dem „Überraschungsei“, wie die Forscher ihre Gondel nennen, können sie Experimente von der Größe eines Matchboxautos bis zu der eines hochgestellten Smart mit einer Tonne Gewicht unterbringen.

Zur Entwicklung des Antriebs hatten die Wissenschaftler namhafte Hersteller angefragt, die winkten ab. Eine anspruchsvolle Einzelfertigung erschien nicht lukrativ. Konstruiert hat den Antrieb die Firma Intrasys, deren Hauptgeschäft im Achterbahnbau liegt. Die Erfahrungen ließen sich nicht einfach übertragen, berichtet Wanner. „In der Achterbahn soll es wackeln. Wir brauchen aber eine gleichmäßige Beschleunigung.“ Zwei verschränkte Gerüsttürme leisten Stabilität: An einem läuft die Gondel an einer Führung, der andere hält den Antrieb.

Neben dem Einstein-Elevator sind zwei weitere weltweit einmalige Großgeräte eigens für das Hitec entwickelt worden, eine Anlage dient zur Herstellung von Glasfasern für Faserlaser, in der „Atomfontäne“ laufen Tests zur Atom-Interferometrie, also Quanten-Überlagerung. Für das Gelingen der Präzisionsexperimente ist es enorm wichtig, dass die Gebäudekonstruktion selbst alle Forschungsräume von Wärme und Erschütterungen abschirmt. Selbst die Fußböden der Labore sind deshalb von den Böden in Fluren und Versorgungsräumen getrennt. In den 24 Laserlaboren ruhen die optischen Tische außerdem auf Luftpolstern, die Vibrationen im Boden ausgleichen. Die Temperatur darf nur um maximal 0,1 Grad schwanken, dafür sorgen Filter und Kühlanlagen über den Tischen. An der Fassade hält gemustertes Spezialglas rund 40 Prozent der Sonneneinstrahlung von den Außenfluren ab. Nach acht Stunden im lichtlosen Labor soll die Wissenschaftler zumindest auf den Gängen Tageslicht und ein Blick ins Grüne empfangen. „Ein Nachbar hat sich schon erkundigt, wo er das Glas für seine Veranda bekommen kann“, erzählt der technische Leiter Tobias Froböse.

„Das Rennen beginnt jetzt“

Und bereits jetzt scheint der Platz knapp. „Die Arbeitsgruppen feilschen schon um die Arbeitsplätze“, berichtet Wanner. Die Finanziers Bund und Land haben das Projekt 2012 genehmigt. Doch nach dem Baustart Ende 2014 gab es einige Verzögerungen durch die Pleite einiger Firmen und auch Umplanungen, um den Kostenrahmen einzuhalten. „Es kommt auf ein oder zwei Jahre nicht an, sondern auf das Ergebnis“, betont Ertmer. Dass eine Firma in Frankreich nun bereits Quantengravimeter herstellt, bekümmert auch Wanner nicht. „Wir wollen es besser machen und innovative Techniken einsetzen. Das Rennen beginnt jetzt.“

Wo die Atome tanzen

Je höher sich ein Gegenstand über der Erdoberfläche befindet, desto leichter wird er. Doch wie reagieren einzelne Atome unterschiedlicher Elemente auf die Schwerkraft? In einer zwölf Meter hohen Apparatur, Atomfontäne genannt, wollen Forscher den Schwerewert von Elementen messen. Dazu lassen sie Quanten, also winzige Teilchen, in Form einer Atomwolke im Apparat frei fallen. Die Atome werden dafür in einen Zustand extremer Kälte versetzt, damit sie über mehrere Sekunden stabil bleiben. „Atomwolken reagieren auf die verschiedene Schwere in unterschiedlichen Höhen. Wir wollen auch die sich zeitlich ändernde Erdanziehung vermessen“, sagt Alexander Wanner. Die Ergebnisse sollen zu neuen Messgeräten mit ungeahnter Genauigkeit führen, die zur Erdbeobachtung und im All einsetzbar sein sollen. Vergleichbare Atomfontänen gibt es nur in Stanford (USA) und Wuhan (China).

Von Bärbel Hilbig

Kommentare
Die Debatte geht am Morgen weiter
Die Kommentarfunktion ist zwischen 23:00 und 06:00 Uhr nicht aktiv – denn wir wollen eine gute Moderation der Beiträge gewährleisten.
Die HAZ freut sich am Morgen über Ihre konstruktiven Beiträge zum Thema!

Abschleppunternehmer Darius Gruba erzählt von der riskanten Arbeit der Pannenhelfer auf den Autobahnen. Am Montag starb zwischen Garbsen und Hannover-Herrenhausen ein 40-Jähriger, als er einen Wagen abtransportieren wollte.

06.07.2018

Von digitalem Grusel bis zu sterblichen Göttern: Diese Bücher sollte Schüler lesen! Die HAZ stellt die Buchempfehlungen wöchentlich in den Ferien vor.

03.07.2018

Die Anschlussstelle Lehrte-Ost der Autobahn 2 in Richtung Dortmund wird ab Donnerstag über das Wochenende gesperrt. In der Zeit wird dort die Fahrbahndecke erneuert.

03.07.2018