Der überraschende Fall des All-Felix

Experten rätseln

Der überraschende Fall des All-Felix

Am 14. Oktober 2012 sprang der Salzburger Extremsportler Felix Baumgartner aus einer Höhe von rund 39 Kilometern auf die Erde und durchbrach dabei die Schallmauer. Deutsche Forscher haben nun die Strömungsdynamik des Falls analysiert und berichten im Fachblatt "Plos One", dass Baumgartner trotz seines unregelmäßig geformten Outfits schneller fiel als ein glatter, symmetrischer Körper.

Ulrich Walter, Leiter des Lehrstuhls für Raumfahrttechnik an der Technischen Universität München (TUM) hat als wissenschaftlicher Berater des Stratos-Teams den Sprung aus der Stratosphäre live mitverfolgt. Und er hat das weltweit im TV übertragene Ereignis dazu genutzt, um den Fall eines unregelmäßig geformten Objekts zu studieren: "Bisher wusste niemand, welchen Einfluss raue und ungleichmäßig geformte Oberflächen - beispielsweise die Falten des Schutzanzugs und der Rucksack, den Baumgartner trug - auf die Strömungsdynamik haben", so der Forscher in einer Aussendung der Uni.

Strömungsdynamik

Die Überraschung kam schon kurz nach der Landung, so Walter: "Unsere Berechnungen, die auf der Strömungsdynamik eines glatten Körpers basierten, hatten ergeben, dass Baumgartner eine Sprunghöhe von etwa 37 Kilometern benötigen würde, um die Schallmauer zu durchbrechen, also schneller zu fallen als Mach 1, was etwa 1.200 Stundenkilometern entspricht. Tatsächlich erreichte Baumgartner jedoch weit mehr, nämlich eine Geschwindigkeit von 1,25 Mach."

Wie es gelang, trotz Schutzanzug und Rucksack schneller zu fallen als ein symmetrisches Objekt mit glatten Oberflächen, haben die Wissenschafter mithilfe der aufgezeichneten Daten, wie den Druck-und Temperaturwerten in der Atmosphäre, der Geschwindigkeit Baumgartners und seiner Lage im Raum in jedem Moment des Falls, zu klären versucht. Das Problem dabei ist, dass die Berechnung der Strömungsdynamik nahe der Schallgrenze komplex ist, weil sich dabei unterschiedliche physikalische Phänomene überlagern.

So weicht Luft bei Geschwindigkeiten zwischen 0,7 und 1,3 Mach einem bewegten Objekt nicht mehr elastisch aus, sondern reagiert starr. Es bilden sich Schockwellen, die zu Turbulenzen führen und diese absorbieren Energie, was zu einem Anstieg des Luftwiderstands nahe der Schallgeschwindigkeit führt. Umgekehrt können bei bestimmten Strömungsverhältnissen Unebenheiten an der Oberfläche den Luftwiderstand verringern - so wie ein Golfball mit seinen kleinen Dellen in der Oberfläche besser fliegt. Dadurch kann auch ein Körper im freien Fall schneller sein, wenn er keine glatte Oberfläche hat.

Für die Wissenschafter kam das Ergebnis überraschend. Während der Strömungswiderstandskoeffizient eines glatten Kubus ab 0,6 Mach kontinuierlich bis 1,1 Mach ansteigt, blieb er bei Baumgartners Flug nahezu unverändert - die Schallmauer erzeugte in seinem Fall kaum eine zusätzliche Abbremsung.

Laut Walter hat die Untersuchung gezeigt, dass beliebige Dellen, Falten und Unregelmäßigkeiten der Oberfläche im Bereich nahe der Schallgeschwindigkeit den Luftwiderstand deutlich senken. Das könnte einmal auch für Flugzeuge interessant sein, wenn deren Reisegeschwindigkeit weiter ansteige, so die Forscher.
 

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