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PKE Nefedov     Concluding Report

* * * Sorry, mostly German for now * * *

,,PKE Nefedov - Plasmakristall-Experiment für einen bemannten Raumflug''
(Plasma Crystal Experiment for a Manned Space Flight)

Supported by BMBF with grant no. 50 WP 9852

Duration: 15.09.1998 - 31.08.2004

Gregor E. Morfill, Hubertus M. Thomas

Introduction

Die Plasmakristall-Forschung im Speziellen und die Erforschung komplexer Plasmen im Allgemeinen ist ein neues, schnell wachsendes Feld in der Physik. Sowohl experi­mentelle Untersuchungen auf der Erde als auch unter Schwere­losigkeit spielten und spielen eine wichtige Rolle in der Ent­wicklung des Feldes. Beide sind tragende Säulen für den Fortgang des Feldes, für die Ent­stehung neuer Erkenntnisse. ,,Kom­plexe Plas­men'' ist ein Schwer­punkts­thema der Forschung unter Schwere­losigkeit in Deutsch­land. Es gehört zum Feld ,,Funda­mente der Physik''.

Das ,,Plasmakristall-Experiment für einen bemannten Raumflug'' PKE-Nefedov wurde als das erste Langzeitexperiment seiner Art unter Schwerelosigkeit geplant. Nach Kurzzeitexperimenten auf Parabelflügen und zwei Forschungsraketen (TEXUS 35/36) sollte es Aufschlüsse und neue Erkenntnisse, die nur durch Langzeitexperimente erreichbar waren, ergeben. Zu Anfang noch als ,,Get Away Special'' Nutzlast für den amerikanischen Space Shuttle geplant, konnte durch eine wissenschaftliche Kooperation mit der Russischen Akademie der Wissenschaften, insbesondere dem Institut für hohe Energiedichten (IHED) in Moskau, ein Programm gestartet werden, mit dem Ziel einer Langzeitmission auf der Internationalen Raumstation. Nach ersten Diskussionen über eine mögliche Unterbringung auf der MIR-Station wurden schnell die besonderen Möglichkeiten im Hinblick auf eine wesentlich längere Operationsphase auf der zu diesem Zeitpunkt im Entstehen befindlichen Internationalen Raumstation ISS erkannt.

Die Firma Kayser-Threde war für die Elektronik, den Einbau in den Experimentcontainer und für das Daten­erfassungssystem, die sog. Telescience-Einheit, sowie für die gesamte notwendige Dokumentation zuständig. Wissenschaftliche Daten und Ergebnisse wurden gleichberechtigt mit IHED ausgewertet und veröffentlicht.

Im Februar 2001 wurde PKE-Nefedov mit einer Sojus-Rakete gestartet und mit dem unbemannten Transporter Progress M-44 (ISS-3P) zur ISS transportiert. Anfang März 2001 wurde das Plasmakristall-Experiment von der ersten permanenten ISS-Besatzung (Krikalev, Gidzenko und Shepherd) in Betrieb genommen. Weitere Experimentserien wurden im Mai und Oktober durchgeführt. In den folgenden Jahren 2002 bis 2005 wurden jährlich 1-3 Missionen abgehalten, so dass im Ganzen 13 Misionen mit 45 einzelnen Experimenten bis zum Ende der operationellen Phase von PKE-Nefedov durchgeführt werden konnten.

Plasmakristall - Mission Overview

Mission	Date	Experiments	Cosmonauts
1	03/2001	Basic Experiments with Expedition 1	Krikalev, Gidzenko
2	05/2001	Basic Experiments with Taxi Mission 1	Baturin, Musabaev
3	10/2001	Basic Experiments with Expedition 3	Turin, Kazeev, Deschurov
4	10/2001	Growth Experiments with Taxi Mission 2	Hagniere
5	05/2002	Basic and Crystallisation Experiments with Taxi Mission 3	Gidzenko
6	08/2002	Crystallisation, Void Closure, Decharging and Agglomeration Experiments with Expedition 5	Treshev
7	01/2003	Void Closure, Rarefaction wave, Decharging, Dispersion relation and Agglomeration Experiments with Expedition 6	Budarin
8	04/2003	Void Closure, Rarefaction wave, Decharging and Agglomeration Experiments with Expedition 6	Budarin
9	07/2003	Void Closure, Agglomeration Experiments with Expedition 7	Malenchenko
10	12/2003	Void Closure, Void Potential, Crystallisation and Melting, Dispersion Relation Experiments with Expedition 8	Kaleri
11	10/2004	Void Closure with excitation, Crystallisation Expedition 9	Padalka
12	02/2005	Void Closure with excitation, Rarefaction wave, Dispersion relation with Expedition 10	Sharipov
13	07/2005	Void closure at extreme pressures, Critical point, Agglomeration and De-Agglomeration with Expedition 11	Krikalev
In total:   4 1/2 years operational phase onboard the ISS with 45 individual experiment sessions

Summary

Technologisch und wissenschaftlich war das Projekt ,,Plasmakristall-Experiment für einen bemannten Raumflug'' ein voller Erfolg. Die von MPE und Kayser-Threde entwickelte Apparatur funktionierte weit über die erwartete Lebensdauer hinaus und lieferte interessante wissenschaftliche Ergebnisse. PKE-Nefedov war das erste physikalische Experiment auf der ISS und ist das bisher am meisten durchgeführte mit den meisten Veröffentlichungen.

Die wissenschaftlichen Ergebnisse zeigen ein sehr breites Spektrum von Effekten und Phänomenen, resultierend in einer großen Anzahl von Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und Vorträgen auf internationalen Konferenzen. Einige Ergebnisse wurden bereits auf diesen Seiten dargestellt. Für die gezielte Darstellung der Resultate verweisen wir auf die in dem Menüpunkt 'Publikationen' aufgeführten Veröffentlichungen.

Download the official Concluding Report (in German): PDF (4.7 MB)

Epilogue

After its operational phase PKE-Nefedov was de-orbited with the disused Progress M-53 (ISS-18P) cargo ship together with ISS waste and burned up high in the atmosphere above the Pacific Ocean on September 7th 2005. A safe return was not feasible.

Re-entry of the space station Mir (not PKE-Nefedov)
above the Fiji islands (2001)

But the story of success will be continued beyond PKE-Nefedov. Since December 2005 the next-generation plasma crystal experiment PK-3 Plus is onboard the International Space Station and taking data. This complex plasma facility was improved in many ways and promises measurements and results with a much higher accuracy.

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Updated: 2007-05-08
Contact: Michael Kretschmer