Völlig losgelöst: Wie Schwerelosigkeit auf den Menschen wirkt

Je weiter sich ein Körper von der Erde entfernt, desto geringer wirkt die Schwerkraft. An Bord einer Raumstation oder eines Space Shuttles, die um die Erde kreisen, gleichen die Fliehkräfte diese restliche Schwerkraft aus – es herrscht dort Schwerelosigkeit.

Sind Astronauten solchen Bedingungen über einen langen Zeitraum ausgesetzt, drohen gesundheitliche Schäden. Um für die Missionen im All gerüstet zu sein, bereiten sich die Astronauten in speziellen Trainingszentren vor.

Parabelflüge: Schwerelos im Flugzeug

Alle großen Raumfahrtorganisationen verfügen über ein eigenes Trainingszentrum für Astronauten. Dort können sich diese auf ihren zukünftigen schwerelosen Alltag im Weltraum vorbereiten. Hierfür dienen speziell umgerüstete Flugzeuge, die auf spektakulären Parabelflügen „künstlich“ Schwerelosigkeit erzeugen. Neben den Astronauten nehmen auch Forscher an den Flügen teil: Sie nutzen die kurzen „gewichtslosen“ Momente, um wissenschaftliche Experimente durchzuführen.

Die europäische Raumfahrtorganisation ESA hat für ihre Parabelflüge einen Airbus A300 umgebaut. So sind aus dem Flugzeug alle Sitze entfernt und sämtliche Innenwände mit Schaumstoffmatten ausgekleidet.

Der eigentliche Parabelflug gliedert sich in drei Phasen: In einer Höhe von 7.500 Metern startet das Flugzeug mit vollem Schub bis auf eine Höhe von etwa 8.700 Metern durch. Dabei steigt es in einem Winkel von etwa 45 Grad himmelwärts. Dann drosselt der Pilot die Triebwerke und drückt den Steuerknüppel nach vorn. Jetzt fällt der Airbus frei in einem parabelförmigen Bogen.

Dabei entsteht eine Fliehkraft, die genauso groß ist wie die Schwerkraft – es herrscht Schwerelosigkeit. Der gewichtslose Zustand hält etwa 20 bis 25 Sekunden an – für die Astronauten und Wissenschaftler die entscheidende Phase an Bord.

Am Ende des freien Falls rast das Flugzeug in einem Winkel von etwa 43 Grad Richtung Erde. Nun kommt die letzte Phase: Der Pilot fängt die Maschine ab und beginnt enorm zu beschleunigen. Dabei wirkt – ebenso wie in Phase eins – eine fast doppelte Erdanziehungskraft auf Insassen und Inventar. Sofort kann dann der nächste Parabelflug beginnen.

Torturen für den Körper

Lange Aufenthalte im Weltall hinterlassen an den Körpern der Astronauten deutliche Spuren. In der Schwerelosigkeit strengen sie sich wesentlich weniger an als auf der Erde, beanspruchen ihre Muskeln nur noch sehr gering. Das Ergebnis: Ihr Körper baut ab. Ein Tag in der Schwerelosigkeit lässt sich etwa mit einem kompletten Tag im Bett vergleichen. Betroffen sind vor allem Muskeln, Knochen sowie der Kreislauf.

Die Stützmuskulatur befindet sich zu einem großen Teil in den Beinen und am Rückgrat. Wie alle Muskeln besteht sie aus weißen Fasern für langsame und roten Fasern für schnelle Bewegungen. In der Schwerelosigkeit bilden sich die weißen Fasern nur in der Stützmuskulatur zurück. Problematischer ist es bei den roten Fasern: Werden sie nicht beansprucht, findet der Abbau im ganzen Körper statt.

Da Astronauten im Weltall schnelle Bewegungen meiden, ist dieser Vorgang nicht zu verhindern. Ohne ein intensives Muskeltraining vor und während des Flugs könnte ein Astronaut nach seiner Wiederkehr von einem mehrmonatigen Weltraumaufenthalt nicht mehr stehen.

Derselbe Effekt schwächt auch die Knochen. Besonders betroffen sind Rückgrat, Becken und Oberschenkel. Während diese Körperteile auf der Erde am stärksten beansprucht werden, entfällt in der Schwerelosigkeit jegliche Belastung.

Der Körper beginnt die Knochen zurückzubilden. Am stärksten jedoch leidet das Fersenbein, welches auf der Erde das Gewicht des gesamten Körpers trägt. Jeden Monat im Zustand der Schwerelosigkeit verliert es drei Prozent seiner Struktur. Damit die Astronauten nicht an Knochenschwund erkranken, trainieren sie an Bord mit speziellen Geräten die betroffenen Knochenteile.

Das Herz ist plötzlich unterfordert – und verliert dadurch an Kraft

Ein weiteres Problem ist der Kreislauf. Das Herz ist gewohnt, Blut gegen die Schwerkraft durch den Körper zu pumpen. Durch die mangelnde Belastung in der Schwerelosigkeit bildet sich nun auch das Herz zurück. Damit verliert der Kreislauf an Kraft. Dennoch haben die bisherigen Raumflüge gezeigt, dass der Mensch zumindest einige Wochen die Gewichtslosigkeit gefahrlos ertragen kann.