Elektromagnetischer Levitator ISS
Der elektromagnetische Levitator (EML) ist eine Multi-User-Anlage an Bord der ISS, die 2014 von Astronaut Alexander Gerst installiert wurde. In dieser Anlage wird eine leitende Probe in einer Spule platziert und ohne Behälter bearbeitet. Die Erwärmung und Positionierung erfolgt durch zwei unabhängige Felder. Dies ermöglicht es den Wissenschaftlern, die Probe ohne Kontakt zu einem Tiegel und mit geringen Magnetfeldstärken im Vergleich zur bodengebundenen Levitation zu bearbeiten.
Die EML Anlage befindet sich im europäischen Rack des Columbus-Moduls.
Die EML-Anlage wird für die Messung der thermophysikalischen Eigenschaften von flüssigen Metallen und die Untersuchung des Erstarrungsprozesses der Proben verwendet. Mit der Methode des oszillierenden Tropfens können Oberflächenspannung und Viskosität gemessen werden und durch Modulationskalorimetrie wird die spezifische Wärme bestimmt.
Für die Messung der elektrischen Leitfähigkeit wurde in unserem Institut ein spezielles elektronisches Gerät SCE (sample coupling electronic) entwickelt.
Die Erstarrung kann mit einer Hochgeschwindigkeitskamera (Frequenz bis zu 40 kHz) beobachtet werden und die Wachstumsgeschwindigkeit kann gemessen werden. Die Videobilder ermöglichen es auch, die Form der Erstarrungsfront und die Zeitverzögerung von Doppelrekalzenzen zu untersuchen.
Die Experimente werden mit dem Microgravity User Support Center (MUSC) vom Kontrollraum in Köln aus durchgeführt. Die Wissenschaftler sind während der Experimentläufe vor Ort und können ihre Experimente durch Kommandos vom Boden aus optimieren. Die Anlage wurde 2014 in Betrieb genommen und die ersten wissenschaftlichen Experimente wurden 2015 gestartet. Die EML-Probenkammer enthält 18 Proben (eine sogenannte Probencharge). Die Verarbeitung von Batch 1 & 2 ist abgeschlossen und die Experimente von Batch 3 laufen im Orbit. Inzwischen hat auch das Bodenunterstützungsprogramm für Batch 4 begonnen. Bis jetzt wurden mehr als 50 Proben und mehr als 2000 einzelne Experimentzyklen im EML durchgeführt.
Da die Experimente recht komplex sind, ist ein umfangreiches Bodenprogramm zur Vorbereitung dieser Experimente erforderlich. In einem ersten Schritt werden die Proben charakterisiert. Die für die Planung notwendigen Parameter werden in einer Anlage mit dem gleichen Spulensystem und optischen Pfad für das Pyrometer gemessen. So können die Reaktion der Probe auf das Heizfeld, die Abkühlungsraten usw. bestimmt werden. Mit diesen Parametern werden in Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern mit einem Software-Simulationstool die Experiment-Parametersätze entwickelt. Wenn die Parametersätze festgelegt sind, werden sie im EML-OM (Operational Model) validiert, das dem Flugmodell entspricht und die gleichen Eigenschaften wie das Flugmodell aufweist. Diese validierten Parametersätze sind dann bereit für den Upload auf die ISS.