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Physik

  • Sergej Krikalev an Bord der Internationalen Raumstation ISS Sergej Krikalev an Bord der Internationalen Raumstation ISS

    Sergej Krikalev an Bord der Internationalen Raumstation ISS

    Sergej Krikalev mit dem Plasmakristall-Experimentcontainer an Bord der Internationalen Raumstation ISS, März 2001

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Erstes wissenschaftliches Experiment auf der ISS kam und kommt aus Deutschland - PKE-3 Plus: Phasenübergänge in Plasma-Kristallen

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist mit wegweisender Forschung seit Beginn an auf der Internationalen Raumstation ISS vertreten. Tatsächlich war es ein deutsches Experiment, das im Februar 2001 die naturwissenschaftliche Forschung auf der Raumstation einleitete und bis heute in deutsch-russischer Kooperation laufend fortentwickelt durchgeführt wird.

Das Plasma-Kristall Experiment PKE beschäftigt sich mit der Untersuchung von Niedertemperatur-Plasmen. In einem ionisierten Gas (Plasma), das aus freien Elektronen, Ionen und neutralem Gas besteht, führt das Einfügen von kleinen Partikeln zu deren elektrostatischer Aufladung und in Folge zu Wechselwirkungen untereinander. Unter bestimmten Bedingungen platzieren sich diese Partikel geometrisch in Form eines Kristalls, dem Plasma-Kristall. Dieser Materiezustand wurde erst 1994 entdeckt.

Für ein gewöhnliches Plasma ist die Schwerkraft von untergeordneter Bedeutung. Aufgrund der hundert Milliarden mal größeren Masse der eingebrachten Mikropartikel im Vergleich zu Elektronen und Ionen reagiert ein Komplexes Plasma jedoch empfindlich auf Schwerkraft durch Ablagerung der Partikel: Der Plasma-Kristall wird vertikal gestaucht und ist auf wenige Gitterebenen begrenzt. Nur unter Schwerelosigkeit können große dreidimensionale Strukturen ungestört erforscht werden. Hierbei interessieren die Wissenschaftler vor allem die autonom in den Plasma-Kristallen vorgehenden Abläufe, die nur unter Schwerelosigkeit untersucht werden können.

Mit PKE-3 Plus wird die wissenschaftlich-technische Erprobung und Nutzung der in Deutschland weiterentwickelten Apparatur fortgesetzt, die sich seit Januar 2006 an Bord der ISS befindet. Das Experiment "Phasenübergänge in komplexen Plasmen" wird in mehreren Experimentläufen durchgeführt. Dabei wird Thomas Reiter die Apparatur PK-3 Plus betriebsbereit machen, den automatischen Ablauf starten und gelegentlich auf einem Bildschirm die Vorgänge in der Plasmakammer kontrollieren. In Abstimmung mit den Wissenschaftlern am Boden können manuelle Eingriffe, falls notwendig oder äußerst vielversprechend, im Experimentablauf vorgenommen werden. Alle Messdaten werden automatisch gespeichert und in Form von wechselbaren Festplatten durch den Astronauten zur Auswertung am Boden zurückgeführt.

Komplexe Plasmen sind in der Natur weit verbreitet. Sie treten etwa in interstellaren Molekülwolken, planetaren Ringsystemen wie beim Saturn oder in Kometenschweifen auf. In der Plasmatechnologie sind sie häufig als störende "staubige" Plasmen anzutreffen. Neben der Bedeutung für die Grundlagenforschung in der Flüssigkeits-, Festkörper- und Astrophysik zeichnen sich für Komplexe Plasmen langfristig auch praktische Anwendungen ab, etwa zur Beschichtung von elektronischen Mikrochips, bei der Fertigung von Solarzellen und Flachbildschirmen, in der Plasma-Medizin oder Biotechnologie.

Koordinatoren: G. Morfill (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching) und V. Molotkov (Institut für Hochenergiedichte der RAdW, Moskau)

Zuletzt geändert am:
24.06.2011 10:47:18 Uhr