Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:
Im Hightech-Ofen EML (Elektromagnetischer Levitator) werden metallische Legierungsproben behälterfrei geschmolzen und erstarrt. Mit 14 ausgewählten ISS-Experimenten wollen die Forscher mehr über Erstarrungsvorgänge lernen sowie genauere Messdaten der thermophysikalischen Eigenschaften von Legierungsschmelzen erhalten, um metallurgische Produktionsprozesse auf der Erde effizienter zu gestalten. Computermodelle zum Erstarrungsverhalten, zur Ausbildung des Legierungsgefüges oder zu industriellen Gießprozessen von Hightech-Materialien, beispielsweise von neuartigen Turbinenschaufeln und Motorgehäusen, benötigen dringend präzisere Eingabeparameter. Diese lassen sich vorteilhaft oder sogar ausschließlich anhand der Messungen auf der ISS gewinnen. Die Modellierung von Prozessen gewinnt dann an Realitätsnähe. Die Bestimmung der Wachstumsgeschwindigkeit und des Aufbaus der Erstarrungsfront, die flüssige und bereits erstarrte Bereiche voneinander trennt, die Wechselwirkung von keramischen Partikeln mit einer Erstarrungsfront und das Wachstum von Tropfen in nicht-mischbaren, metallischen Schmelzen sind weitere Zielstellungen aus den 14 ausgewählten ISS-Experimenten.
Experimentbeschreibung:
Das Konzept der EML-Anlage basiert auf der seit den frühen 1980er-Jahren in Deutschland entwickelten TEMPUS-Anlage. Sie wird in modifizierter Form noch heute für vorbereitende ISS-Experimente auf Parabelflugkampagnen des DLR Raumfahrtmanagements eingesetzt. EML besteht aus vier Modulen und wurde mit dem europäischen Weltraumtransporter ATV-5 zur ISS gebracht. Ein Modul ist die wechselbare Probenkammer mit 18 Proben, die in keramische Probenhalter integriert sind. EML vereinigt mehrere Funktionen: Als Heizanlage verflüssigt sie hochschmelzende Legierungsproben mit einem Durchmesser von sechs bis acht Millimetern und hält diese mittels elektromagnetischer Felder berührungslos in der Schwebe. Um Verunreinigungen zu vermeiden, sind die chemisch aggressiven Schmelzen von einem Ultrahochvakuum oder reinstem Inertgas umgeben. Als Diagnosegerät erlaubt EML, die wichtigsten temperaturabhängigen Eigenschaften wie Oberflächenspannung, Viskosität, spezifische Wärme, Dichte und Schmelzenthalpie von Legierungsschmelzen zu ermitteln. Unter Schwerelosigkeit gelingt dies durch Wegfall von gravitationsabhängigen Störkräften wesentlich präziser als im Labor auf der Erde. Als Messinstrument für schnelle Erstarrungsvorgänge aus tief unterkühlten Schmelzen ermöglicht EML mittels Hochgeschwindigkeitskameras (bis zu 50.000 Bilder pro Sekunde), die frühen Phasen (Keimbildung) in der Entstehung eines Werkstoffgefüges zu analysieren. Auf diese Weise sollen physikalische Wirkungsmechanismen aufgeklärt werden, die zu einem maßgeschneiderten Werkstoff führen. Der Experimentablauf kann automatisch erfolgen, wird jedoch in der Regel von der Bodenstation aus mit Telekommandos gesteuert.
Status:
EML wurde seit 2008 im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagements und der ESA gemeinsam entwickelt und gebaut. Auftragnehmer ist die Firma Airbus Defense & Space (früher EADS Astrium). Die Anlage wurde mit ATV-5 im Sommer 2014 auf die ISS gebracht und wurde von dem deutschen Astronauten Alexander Gerst in das European Drawer Rack (EDR) im Columbus-Modul integriert. Da es weltweit keine vergleichbare Anlage gibt, steht den Wissenschaftlern ein innovatives Hightech-Instrument zur anwendungsorientierten Forschung zur Verfügung. Das Microgravity User Support Center (MUSC) des DLR in Köln betriebt auch ein flugidentisches EML-Model für die Validierung aller Experimente.
Installation und Inbetriebnahme:
14.8
18.08
21.08