Das Fallkapselsystem

Kamera, LEDs und Experimentiermodul

Die Experimente zur Mikrogravitation werden in einer kompakten würfelförmigen Fallkapsel mit einer Kantenlänge von 16 Zentimetern durchgeführt (Abb. 1). Die Kapsel besteht aus einer Grundplatte aus Holz und einem Aluminium-Rahmen. An einer Seite ist auf einem Podest die Digitalkamera montiert. In dem Zwischenraum unterhalb der Kamera befinden sich acht in Reihe geschaltete Mignonzellen (je 1,2 Volt). Sie stellen die Stromversorgung für sechs Power-LEDs. Zwei von ihnen sind oberhalb der Kamera montiert und beleuchten das Experiment. Die restlichen vier sind rechts und links seitlich montiert und beleuchten den weißen Hintergrund des Experiments. Im Zentrum der Fallkapsel können verschiedene Experimentiermodule montiert werden. Sie werden zum Schutz der Kamera durch eine Glasscheibe von dieser getrennt. Die Seiten des Experimentierraums werden durch Scheiben aus Plexiglas abgeschlossen.

Verringerung des Luftwiderstands

Die mittlere Geschwindigkeit der Fallkapsel ist bei einem Fall aus nur 1,4 Metern Höhe noch nicht sehr groß. Der Luftwiderstand macht sich dennoch störend bemerkbar, indem er die Kapsel bremst und so eine Restschwere erzeugt. Zur Verringerung dieses Effekts wird die Fallkapsel in eine zweite, die erste umhüllende Fallkapsel gehängt (Abb. 2). Beide Kapseln werden gleichzeitig losgelassen und fallen während des Experiments ohne sich zu berühren. Während die Außenkapsel abgebremst wird, fällt die Innenkapsel praktisch ohne Luftwiderstand, da sie sich relativ zu der von der Außenkapsel mitgeführten Luft kaum bewegt. Die Außenkapsel besteht ebenfalls aus einer quadratischen Grundplatte aus Holz und einem Aluminium-Rahmen. Die Seiten werden mit durchsichtigem Plastikmaterial verschlossen.

Dämpfung des Aufpralls

Der untere Teil der äußeren Kapsel ist mit Schaumstoff-Stücken und einer Abdeckung aus Watte gefüllt, um am Ende der Fallbewegung den Aufprall der Innenkapsel zu dämpfen. Unsere Außenkapsel hat in Zentimetern die Maße 22 mal 22 mal 44 und wiegt 3,1 Kilogramm.

Aufhängung und Auslösung des Falls

Beide Kapseln hängen mit Halteseilen aus Bilderdraht gemeinsam an einer Schlaufe aus einer 0,8 Millimeter dicken Polypropylen-Netzschnur (Abb. 3). Das Halteseil der Außenkapsel liegt in der Mitte auf dem der Innenkapsel. Beide Kapseln werden nahezu störungsfrei gestartet, indem die dünne Netzschnurschlaufe mit einem Feuerzeug geschmolzen wird. Unmittelbar nach dem Start löst sich das lose aufliegende Halteseil der etwas langsamer fallenden Außenkapsel von dem der Innenkapsel.

Digital-Kamera

Eine wesentliche Verbesserung gegenüber einer früher verwendeten Fallkapsel (Martini, 2004) besteht darin, dass die Videos nicht mit einer Web-Kamera, sondern mit einer Digital-Kamera aufgenommen werden. Bereits einfache Digitalkameras, mit denen neben Fotos auch Videos aufgenommen werden können, haben gegenüber Web-Kameras eine bessere Bildauflösung. Bei den vorgestellten Experimenten (Mikrogravitation - Stahlkugel und Luftblase in Glycerin, Mikrogravitation - Wassertropfen auf Kapuzinerkresse, Mikrogravitation - das Herz einer Kerzenflamme) wurde zum Beispiel die Digital-Kamera DMC-FX550 von Panasonic benutzt, die pro Sekunde 30 Bilder mit einer Größe von 1.280 mal 720 Pixel aufnehmen kann. Vergleichbare Kameras können ebenso gut verwendet werden. Bei den Fallexperimenten beträgt die sich automatisch einstellende Belichtungszeit für die einzelnen Videobilder wegen der guten Ausleuchtung mit den Power-LEDs weniger als eine tausendstel Sekunde. Somit können auch schnell bewegte Objekte scharf abgebildet werden.