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Feuchtemesslabor (HUMILAB)

Morgennebel im Valles Marineris

Wasser (als Eis, Flüssigkeit, Gas oder als Adsorbatwasser) ist eine der häufigsten chemischen Verbindungen im Planetensystem. Untersuchungen zum Einfluss des Wassers auf die physikalischen, chemischen und biologischen Bedingungen auf  Planeten sind aktuelle  Aufgabenstellungen in der Planetenforschung. Die gegenwärtigen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Präsenz von Wasser im oberen Marsboden und in der Marsatmosphäre erfordern eine laborseitige experimentelle Unterstützung um

• die thermophysikalische Situation am und im Marsboden kontrolliert zu simulieren. Dies betrifft z.B. die tägliche Variation von atmosphärischem Gesamtdruck, chemischer Zusammensetzung der Atmosphäre, Temperatur und Wasserdampfpartialdruck, vornehmlich für Bedingungen in mittleren und niederen Breiten des Mars
• physikalische, chemische und biologische Laborexperimente unter Marsbedingungen zur Untersuchung marsrelevanter Eigenschaften und Prozesse mit „marsanalogen“ Substanzen durchführen zu können
• technologische Entwicklungen und Experimente bei Vorbereitung, Bau, Test und Qualifikation einer in PF zu schaffenden in-situ Messtechnik für Mars-Landemissionen, insbesondere zur Feuchtemesstechnik, durchführen zu können.
  Das Feuchtemesslabor besteht aus einer Kühleinrichtung („Kältekammer“), einem zylindrischen Probentopf (Innenhöhe ca. 30 cm, Innendurchmesser ca. 20 cm) als dem eigentlichen Experimentvolumen, einer Gasmischanlage inkl. Feuchtesteuerung (über eine Trocknungsanlage und definierte Feuchtezufuhr) und einer elektronischen und PC-basierten Messdatenerfassungs- und Steuereinheit. Die gesteuerte Kühlung z.B. auf den Tagesgang der Temperaturen an der Marsoberfläche erfolgt in einer Kältekammer (siehe Abb. 2.3) mit einem nutzbaren Volumen von 240 l (Höhe 80 cm,  60 cm Tiefe, 50 cm Breite), das von Zimmertemperatur bis -75° C kontrolliert (gesteuert) gekühlt werden kann.
  

Abb. 1: Profil der Temperatur und Feuchte (Wasseraktivität) als Drei-Tagesgang während der Simulation von Marsklima in der Experimentierkammer

Das z.B. die 6 mbar Gesamtdruck der Marsatmosphäre simulierende Gasgemisch kann gegenwärtig aus vier unabhängigen Komponenten bestehen. Der Probentopf hat vakuumfeste elektrische Durchgriffe (Steckverbinder, Durchkontaktierungen) für Experimentsteuerung und Datenerfassung, und ebenfalls Anschlüsse zur Gasmischanlage (einschließlich der gesteuerten Feuchte - z.B. im Tagesgang - über die vorgelagerte Trocknungseinheit für Gase und eine definierte Feuchtezufuhr). Sämtliche Mess- und Steuerparameter werden von einem elektronischen „Mess- und Steuergerät“ erfasst, bearbeitet und entsprechend weiter gegeben.

Die Innenausstattung des Probentopfes wird gegenwärtig erweitert um

• UV Beleuchtung (Einkoppeln eines Spots durch Lichtwellenleiter von außen)
• eine Kamera im Inneren der Kammer
• ein Messgerät zur Messung der Photosynthese (ebenfalls per LWL)
• ein Analysesystem zur Messung von Reaktionsprodukten während laufender Experimente und für externe Analysen mittels GC, Spektrometer etc.
  

Abb. 2: Versuchsplatz im Feuchtemesslabor HUMILAB: Kälteschrank     Abb. 4: Gasmischsystem

Abb. 3: Experimentierkammer

Das Feuchtemesslabor HUMILAB ist Bestandteil der ESA Ground Based Facilities.