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Reduziert man die Schwerkraft auf ca. 10-4g, arrangieren sich die
in ein Plasma eingebrachten monodispersen Mikropartikel (Polymerkügelchen
von Mikrometer-Größe) völlig anders als im Labor unter normalen
Schwerkraftbedingungen. Die dominierenden Kräfte sind hier die elektrostatische
Wechselwirkung, die die negativ geladenen Partikel voneinaner abstößt,
sowie in Richtung des Zentrums der Gasentladung zu bewegen versucht, die
Reibungskraft der Ionenströmung und die thermophoretische Kraft, die die
Teilchen aus der Gasentladung hinausdrängen. Bei den bisher durchgeführten
Experimenten unter verminderter Schwerkraft (Mikrogravitation, µg) auf
TEXUS Forschungsraketen und Parabelflügen
hat sich das Gleichgewicht so eingestellt,dass für die meisten untersuchten
Experimentparameter im Zentrum der Gasentladung eine partikelfreie Zone
(''Void'') entstand. Eine zweite Zone, bestehend aus Plasma und
Mikropartikeln, umhüllt die zentrale Zone in allen Richtungen.
Geladene Mikropartikel im Plasma drängen sich um das 'Void' (partikelfreie Zone) im Zentrum des Plasmas.
Nachdem sich das wissenschaftliche Interesse auf ein mit Mikropartikeln
beladenes Plasma richtet, ist die partikelfreie Zone im Zentrum der
Entladung nicht erwünscht. Sie gibt aber wertvolle Einblicke in
die relative Bedeutung der oben erwähnten Wechselwirkungen, weil an der
Grenzschicht zwischen Plasma und komplexem Plasma ein Gleichgewicht herrscht.
In den zurückliegenden Jahren war die Hauptaktivität auf Raketenflüge mit µg-Zeiten von 6 Minuten, sowie auf Messungen in Parabelflügen mit µg-Zeiten von 25 Sekunden konzentriert. Jetzt richtet sich das Hauptaugenmerk auf das erste Experiment auf der Internationalen Raumstation, wo viele Stunden Meßzeit verfügbar sein werden. Die im Labor beobachtbare Kristallisation der monodispersen Mikropartikel im Plasma beansprucht typischerweise 10 Minuten. Somit ist von den langen Meßzeiten auf der Raumstation ein erheblicher wissenschaftlicher Fortschritt in der Erforschung komplexer Plasmen zu erhoffen. Das PKE-Nefedov Experiment besteht aus einer kleinen (0.5 l) Plasmakammer, in der ein durch Hochfrequenz (HF) angeregtes Plasma in Argon erzeugt wird. In dieses Plasma werden monodisperse Mikropartikel von wahlweise 3.4 und 6.8 µm Durchmesser injiziert. Die Partikel sind durch einen Laserschnitt beleuchtet und werden mit zwei CCD-Kameras mit unterschiedlicher Vergrößerung beobachtet. Die Kamerabilder werden auf Videobändern aufgezeichnet.
Einstellbare Parameter sind Gasdruck und HF-Leistung. Die
Plasmaparameter werden durch verschiedene Diagnoseeinrichtungen an den
Entladungselektroden überwacht. Das zum Betrieb der Plasmakammer notwendige
Vakuum wird durch eine Verbindung zum Weltraum erzeugt. Die Apparatur ist in
einem Metallbehälter versiegelt, um die strengen Sicherheitsvorschriften
auf der Raumstation zu erfüllen. Als Bedienungskonsole für die
Kosmonauten dient ein Laptop-Computer, der sowohl den Experimentbetrieb,
wie die Steuerung von zwei Videorekordern für die oben erwähnte
Datenaufzeichnung erleichtert. Eigentliche Hauptaufgabe dieses Rechners wäre
aber der Echtzeitbetrieb des Plasmakristall-Experiments vom Boden aus
(''Telescience''). Für die erste Messkampagne ist der zur Telescience
notwendige russische Relais-Satellit jedoch nicht verfügbar. Deshalb muss
diese Kampagne noch durch die Kosmonauten mittels vorprogrammierter
Messprozeduren an Bord der ISS durchgeführt werden.
![]() Die erste ISS-Besatzung (''Expedition One'') beim Training an der Plasmakristall-Hardware.
Zwei komplette, baugleiche PKE-Einheiten, bestehend jeweils aus dem
Experiment und dem Telescience-Computer, wurden gefertigt und den für
die Raumstation erforderlichen Qualitätstests unterzogen.
Die erste Einheit, das Trainingsmodell, diente dem Kosmonautentraining.
Die zweite Einheit, das Flugmodell, wird im Februar 2001 von Baikonur
aus mit einem Progress Transportraumschiff zur Raumstation gebracht.
Beide Einheiten wurden 2000 an die russische Seite übergeben.
Die erste und die dritte Crew der Internationalen Raumstation wurden in
mehreren Treffen, sowohl in Garching, als auch in Moskau, auf den Betrieb
der PKE-Nefedov-Apparatur vorbereitet. Die erste ständige Besatzung der
ISS (
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