Neues Plasmalabor für die ISS
Erforschung komplexer Plasmen soll Aufschluss über kollektive Effekte geben.
Nur wenige Stunden nach ihrem Start vom Weltraumbahnhof Baikonur am 29.10.2014 erreichte ein Progressrakete die Internationale Raumstation ISS. An Bord befand sich unter anderem die neue PK4-Experimentereihe, die bereits begonnene Untersuchungen zum Verhalten komplexer Plasmen in der Schwerelosigkeit fortführen soll.
Abb.: PK4 – eine Neonröhre als Versuchsreaktor. (Photo: DLR)
Komplexe Plasmen enthalten zusätzlich zu den im Plasma vorliegenden stark ionisierten Gasen kleinste Staubpartikel, die sich negativ aufladen und elektrostatisch miteinander wechselwirken. Dabei treten neue interessante Phänomene auf. Zu diesen zählt unter anderem die Ausbildung von sogenannten Plasmakristallen. Da die nur wenige Mikrometer kleinen Plasmateilchen eine vergleichsweise hohe Masse besitzen geschieht jede Veränderung verlangsamt – wie in Zeitlupe. So lässt sich sogar die Bewegung einzelner Partikel beobachten. Komplexe Plasmen sind damit ideale Modellsysteme zur Erforschung von dynamischen Vorgängen in der Materie, bei denen die Staubteilchen Atome oder Moleküle repräsentieren.
Auf der Erde können komplexe Plasmen im Wesentlichen nur auf zweidimensionaler Ebene untersucht werden: Die Partikel breiten sich im Schwerefeld nicht homogen aus, sondern sinken ab und stauchen das System in Richtung der Schwerkraft. Erst in der Schwerelosigkeit wird sichtbar, wie die Plasmateilchen sich im Raum verhalten und sich gegenseitig beeinflussen. Zur Erforschung von Eigenschaften und Verhalten der komplexen Plasmen haben bisher mehr als 30 Kosmonauten und Astronauten Plasmakristall-Experimente im Weltall durchgeführt.
Mit der neuen Anlage wollen die Wissenschaftler nun gezielt der flüssigen Phase von komplexen Plasmen auf den Grund gehen. Im Fokus steht dabei die Erforschung von Selbstorganisation und Turbulenzerscheinungen, sowie die Bestimmung von Grenzen von Nanoflüssigkeiten und die Untersuchung des Beginns von kollektiven Effekten in stark gekoppelten Systemen.
Das PK-4-Labor ist eine europäisch-russische Kooperation, finanziert durch die europäische Weltraumorganisation ESA und die russische Raumfahrtbehörde ROSKOSMOS. Die russische Seite, wissenschaftlich beteiligt über das Joint Institute for High Temperatures (JIHT), ist zuständig für den Transport des Labors, den Transport der Videodaten zurück zur Erde und stellt die Crew-Zeit. Auch die Entwicklung des PK-4-Labors wurde in engem Kontakt zum JIHT durchgeführt. Die experimentelle Hardware ist eine Eigenentwickung der Forschungsgruppe (ehemals MPE) in Zusammenarbeit mit dem MPE und der OHB System AG (vormals Kayser-Threde GmbH), die auch für die Infrastruktur von PK-4 zuständig war. Zusätzliche Finanzierung des Projektes in Deutschland erfolgte durch das Raumfahrtmanagement DLR und der Max-Planck-Gesellschaft.
Neben dem Kernteam aus Forschungsgruppe und JIHT sind auch ein ein europäisches Team (Frankreich, Italien und Schweden) und ein internationales Team (Japan und USA) wissenschaftlich beteiligt. Damit erreichen die Ergebnisse der Plasmakristiall-Experimente auf der ISS eine weltweite Forschergemeinschaft.
DLR / MPG / LK
