Die Erforschung der Verbrennungsphysik unter Mikrogravitation: Erkenntnisse aus der Parabolflugkampagne der ESA

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat kürzlich ihre 87. Parabolflugkampagne erfolgreich abgeschlossen. Diese fand im September 2025 in Bordeaux, Frankreich, statt. Im Zentrum dieser intensiven Forschungsphase stand die Untersuchung fundamentaler physikalischer Vorgänge, insbesondere wenn der Einfluss der Schwerkraft nahezu vollständig eliminiert wird. Ein zentrales Untersuchungsobjekt war dabei die Flamme einer einfachen Kerze. Was auf der Erde ein alltägliches Phänomen ist, wird in der Schwerelosigkeit zu einem komplexen Studiengegenstand. Ziel war es, ein tieferes Verständnis der Verbrennungsmechanismen unter annähernd gewichtslosen Bedingungen zu erlangen.

Diese sogenannten „Zero-G“-Manöver, die Parabolflüge, erfordern eine spezielle Flugbahn des Flugzeugs. Durch diese Flugmanöver können die Forscher pro Bogenflug etwa 22 Sekunden lang simulierte Mikrogravitation erzeugen. Unter normalen irdischen Bedingungen bewirkt die Hitze einer Flamme, dass die umgebende Luft aufsteigt. Diese Konvektionsströme formen die Flamme zu ihrer bekannten, tropfenförmigen Silhouette. Fehlt jedoch die Schwerkraft, entfällt diese Auftriebskraft, was die Struktur der Flamme grundlegend verändert. Die Wissenschaftler beobachteten, dass die Flamme ohne den gravitativen Einfluss eine deutlich kugelförmigere Gestalt annahm. Dies ist ein direkter Beleg dafür, dass in diesem Zustand die Oberflächenspannung und die Diffusion zu den dominierenden Kräften im Verbrennungsprozess werden.

Die Leitung dieses Forschungsabschnitts oblag Jack van Loon, einem Vertreter des Labors für Lebenserhaltung und Physikalische Wissenschaften der ESA (ESA's Life Support and Physical Sciences Laboratory). Van Loon betonte, dass die Entkopplung des Experiments von der ständigen Anziehungskraft der Gravitation eine einzigartige Gelegenheit biete. Sie ermöglicht es, das Zusammenspiel anderer subtiler Kräfte, insbesondere der Konvektion und der Kapillarwirkung, innerhalb des Verbrennungsprozesses zu isolieren und detailliert zu untersuchen. Diese akribische Arbeit ist Teil der fortlaufenden wissenschaftlichen Bemühungen der ESA, fundamentale Naturgesetze mithilfe von Mikrogravitationsplattformen zu ergründen.

Die aus dieser Forschung gewonnenen Daten versprechen eine Verfeinerung des Verständnisses physikalischer Grundprinzipien. Dies wiederum soll Fortschritte in Bereichen wie der Fluiddynamik und der Entwicklung effizienterer Verbrennungssysteme ermöglichen. Die Ergebnisse sind nicht nur von akademischem Interesse, sondern besitzen auch eine kritische Relevanz für die Luft- und Raumfahrt, insbesondere im Hinblick auf ausgedehnte Weltraummissionen, wo die Beherrschung dieser Prozesse überlebenswichtig sein kann.

Verwandte Studien, die bereits an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass das Verhalten von Flammen in der Schwerelosigkeit stark vom Material des Dochtes und der Zusammensetzung des Brennstoffs abhängt. Einige ISS-Experimente legten offen, dass Flammen vorzeitig erlöschen können, wenn die Sauerstoffzufuhr nicht sorgfältig geregelt wird. Dies liegt daran, dass der Auftriebsluftstrom fehlt, der normalerweise für die Sauerstofferneuerung sorgt. Obwohl sich die Form der Flamme ändert, unterstreicht dies, dass die Notwendigkeit einer effizienten Vermischung der Reaktanten für eine anhaltende Verbrennung weiterhin von entscheidender Bedeutung ist. Die nächste Parabolflugkampagne ist bereits für November 2025 angesetzt, was einen kontinuierlichen Fluss neuer wissenschaftlicher Daten für die Fachwelt gewährleistet.