41° 24′ 46.24″ N, 81° 51′ 44.63″ W
Wenn man an die NASA denkt, kommt einem wohl nicht zuerst Cleveland in Ohio in den Sinn. In der Regel assoziiert man die NASA mit Cape Canaveral oder Houston in Texas, und in der Tat werden am Glenn Research Center in Cleveland weder Raketen in den Weltraum geschossen noch findet hier die Kommunikation zwischen einer Bodenkontrolle und Astronauten statt. Doch ein Großteil der Grundlagenforschung und der Tests zur Entwicklung von Weltraumtechnologie werden an diesem Ort durchgeführt. Das Center ist öffentlich zugänglich.
Es gibt ein Besucherzentrum, das sich für Kinder besonders gut eignet und in dem die Arbeit des Forschungszentrums erläutert wird. Eine spezielle Ausstellung ehrt John Glenn (den ersten Amerikaner in einer Erdumlaufbahn). Er ist in seinem Mercury-Raumanzug aus dem Jahr 1962 abgebildet sowie in dem orangefarbenen Space Shuttle-Anzug, den er trug, als er im Alter von 77 Jahren in den Weltraum zurückkehrte.
Im Besucherzentrum sind das Apollo-Kommandomodul, das 1973 die Skylab 3-Mission besuchte, und Mondgestein, das von Apollo-Astronauten mitgebracht wurde, ausgestellt. Das Trainingsmodul der unglückseligen Space Shuttle Columbia-Mission STS-107 kann hier ebenfalls besichtigt werden.
Des Weiteren gibt einen schönen Flugsimulator, in dem Sie alle möglichen Arten von Flugzeugen (vom Propellerflugzeug bis zum kommerziellen Jet) steuern können. Andere Ausstellungen sind dem Sonnensystem und den NASA-Fahrzeugen, die dieses erkunden, gewidmet. Hier finden Sie beispielsweise ein maßstabsgerechtes Modell des Mars-Pathfinder-Rovers Sojourner.
All dies ist kostenlos und an 7 Tagen der Woche zugänglich.
Den besten Einblick in das Forschungszentrum erhalten Sie, wenn Sie an einer Führung teilnehmen. Diese werden von April bis Oktober jeweils am ersten Sonntag des Monats angeboten. Wie genau die Führung aussieht hängt davon ab, welche Teile des Zentrums jeweils zugänglich sind. Ein entsprechender Plan wird auf der Website des Centers veröffentlicht. Die Führung muss rechtzeitig im Voraus gebucht werden.
Im Forschungszentrum bekommen Besucher die Fertigungsabteilung zu sehen, in der Raketen zusammengebaut werden. Momentan werden hier Teile der neuen Ares-Rakete, die das Space Shuttle ersetzen wird, hergestellt.
Unter Umständen können Besucher sich auch die Zero Gravity Research Facility (eigentlich nur ein großes Loch im Boden) anschauen. Hier werden Geräte im freien Fall getestet. Dazu lässt man sie in einem Vakuum 155 Meter tief fallen. Der Sturz dauert etwa fünf Sekunden und endet für die Gerätschaften in einem Bett aus Styroporkugeln.
Die Einrichtung verfügt auch über Windkanäle. Bei einigen Führungen kann man durch den Able Silverstein Supersonic Wind Tunnel hindurchgehen. In diesem können Flugzeug- und Raketenmodelle mit bis zu Mach 3 und einer Höhe von 45 Kilometern getestet werden. Andere Windkanäle werden zur Simulation von Starts und Landungen genutzt.
Das Center besitzt auch eine riesige Einrichtung zur akustischen Messung von Düsentriebwerken. Im Dome of Silence (»Dom der Stille«, Abbildung 116.1) können Triebwerke getestet und Messungen bezüglich neuer Ideen zur Geräuschverringerung durchgeführt werden. Das Innere des Doms ist vollständig mit seltsamen Mustern aus Fiberglasplatten verkleidet, die jegliches Echo unterbinden.
Hier findet man auch die größte Vakuumkammer der Welt. Sie ist 37 Meter hoch und 30 Meter breit und damit groß genug, um ganze Raumschiffe testen zu können. Die Vakuumkammer ist manchmal für Führungen geöffnet (und dann natürlich mit Luft gefüllt).
Sie müssen amerikanischer Staatsbürger sein, um das NASA Glenn Research Center besuchen zu können. Besucherinformationen finden Sie unter http://www.nasa.gov/centers/glenn/events/.
Abbildung 116.1 Das Innere des Dome of Silence; zur Verfügung gestellt von Valerie Houghtland (val_pisces76)
Das Bernoulli-Gesetz
Das Bernoulli-Gesetz ist einfach: Wenn sich die Geschwindigkeit einer fließenden Flüssigkeit erhöht, nimmt ihr Druck ab. Es hat sich herausgestellt, dass diese einfache Regel für die meisten Arten fließender Flüssigkeiten gilt (bei denen die Flüssigkeit nicht komprimiert werden kann, d.h. die Dichte unveränderlich ist) und ebenso für den Fluss von Gasen bei langsamen Geschwindigkeiten. Daher ist sie in vielen Bereichen praktisch anwendbar. Besonders hilfreich ist das Bernoulli-Gesetz für das Verständnis der Luftbewegung um eine Flugzeugtragfläche herum.
Das Bernoulli-Gesetz wird über die Bernoulli-Gleichung (Gleichung 116.1) ausgedrückt, mit der die Geschwindigkeit des fließenden Fluids v, der Druck des Fluid p und dessen Dichte ρ zueinander in Beziehung gesetzt werden.
Die Gleichung zeigt, dass der (veränderliche) dynamische Druck sich proportional zum Quadrat der Fließgeschwindigkeit verhält. Dies ist der ρv2/2-Teil der Gleichung, der häufig einfach mit q bezeichnet wird.
Eine Anwendung dieser Gleichung findet man beim Venturi-Effekt (siehe Den Wirkungsgrad messen), bei dem eine Flüssigkeit, die durch eine Verengung in einer Röhre fließt. Dabei erhöht sich die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, während der Druck abnimmt. Der Druckunterschied vor dem Eintreten in die Verengung und der Druck in der Verengung sind proportional zur Änderung der Fließ-geschwindigkeit. Die Fließgeschwindigkeiten müssen dabei nicht bekannt sein. Die aktuelle Fließgeschwindigkeit lässt sich einfach mittels der Druckveränderung und der Flächen der beiden Teile der Röhre (vor und in der Verengung) bestimmen.
Bernoullis Gleichung kann auch bei der Messung der Fluggeschwindigkeit eines Flugzeugs genutzt werden. Dazu werden ein Pitotrohr und eine statische Drucksonde verwendet. Auf der Außenseite des Flugzeugs befinden sich kleine Löcher, die Drucksonden, die bündig mit der Außenhaut des Flugzeuges abschließen und den Druck der Umgebungsluft messen. Es können auch mehrere Drucksonden vorhanden sein, um einen Durchschnittswert zu erhalten.
Das Pitotrohr (eine kleine Röhre mit einem Loch am Ende) ragt in Flugrichtung heraus. Durch dieses Rohr kann der Luftdruck, der aus einer Kombination des statischen Drucks und der Bewegung des Flugzeugs entsteht, gemessen werden.
Die Messung des Drucks p über die Drucksonde und des Drucks q über das Pitotrohr liefert nach Umstellung der Bernoulli-Gleichung die Geschwindigkeit v aus dem Luftdruck und der Luftdichte ρ (siehe Gleichung116-2).
Die Bernoulli-Gleichung wird häufig genutzt, um den Auftrieb zu erklären. Die Tragflächen eines Flugzeugs sind so geformt, dass die hier während des Fluges auftreffende Luft nach oben und unten abgelenkt wird. Bei der richtigen Form ist die Luftgeschwindigkeit über der Tragfläche wesentlich höher als unter der Tragfläche. Die Bernoulli-Gleichung zeigt, dass der Geschwindigkeitsunterschied zu einem höheren Druck unter der Tragfläche führt. Dadurch wird der Auftrieb erzeugt.
Allerdings muss man nicht unbedingt Bernoulli zitieren, um den Auftrieb zu erklären. Dafür reichen auch Newtons Gesetze aus. Die Luft über der Tragfläche fließt schneller als die Luft darunter. Aus Newtons Gleichung F = ma kann man ableiten, dass die Auftriebskraft von der Masse m abhängt, die die Tragfläche mit einer Geschwindigkeit V oben und v unten in einer bestimmten Zeit t umströmt (siehe Gleichung 116.3).
Da die Luft abgelenkt wird, wirken zwei Kräfte auf die Tragfläche ein (eine über der Tragfläche, die andere darunter). Die Gesamtkraft wirkt nach oben, weil die Luftgeschwindigkeit über der Tragfläche höher ist.