20 yıl boyunca fiziğe yönelik yeni görüşler için güvenilir bir kaynak oldular: Uluslararası Uzay İstasyonu ISS’de plazma kristali deneyleri. Geleceğin ders kitapları için temel bilgiler bu araştırmanın temel amacıdır. Elde edilen bilgilerden, özellikle tıp, çevre koruma, uzay yolculuğu ve ayrıca yarı iletken ve mikroçip teknolojileri alanlarında çeşitli uygulamalar elde edilebilir. Teknoloji transferi yoluyla, plazma araştırmaları, örneğin uzay yolculuğuna uygun minyatür laboratuvar sistemlerinin geliştirilmesine dayanan yeni uygulama alanları da açmaktadır. Plazma araştırmaları zaten ilk ISS mürettebatının gündemindeydi ve 3 Mart 2001’de ağırlıksızlık altında ilk uzun vadeli deneyler için başlangıç sinyali verildi. Mevcut ekip, Oberpfaffenhofen’deki Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’nde (DLR) deneyimli araştırma ekibinin liderliğinde Mart ayının sonunda en son deney dizisini gerçekleştirecek.
DLR Uzayda Malzeme Fiziği Enstitüsü’nden grup lideri Dr. Hubertus Thomas, “Karmaşık plazmalar üzerine araştırma için, ağırlıksızlık, bilimsel olarak ilginç parametre uzayının tamamını araştırmak için tek olasılığı sunuyor. ISS için önceden belirlenmiş,” diyor.
Plazma iyonize gazdır ve örneğin flüoresan tüplerde veya plazma televizyonlarda çeşitli teknik şekillerde kullanılır. Plazma Dünya’da çok nadirdir; doğal haliyle, örneğin şimşek olarak ortaya çıkar. Uzayda ise görünür maddenin yüzde 99’u plazma halindedir. Bunlar, güneş dahil yıldızları veya gezegenlerin iyonosferini içerir. Elektrik yüklü gaz ayrıca toz parçacıkları veya diğer mikro parçacıklar içeriyorsa, kristal yapıları oluşturabilen “karmaşık plazmalar” oluşturulur.
Başarı faktörü astronot
Sofistike teknoloji ve donanıma ek olarak, ISS’deki “uygulayıcılar” da test serisinin başarısı için çok önemlidir. ESA astronotu Thomas Reiter, bu rolü üstlenen tek Alman’dı. Astrolab görevinin bir parçası olarak, Ağustos ve Ekim 2006’da plazma kristal laboratuvarı PK-3 Plus’ı işletti:
“PK-3 Plus gerçekten etkileşimli bir deneydi. Devreye aldıktan sonra, birçok test serisi sırasında yerdeki bilim adamlarıyla doğrudan telsiz teması kurdum. Gözlemlerimin anlatımı, daha sonra plazma kristal laboratuvarında belirlediğim çeşitli deneysel parametrelerde değişiklikler yapmalarını sağladı. Büyüleyiciydi – yer istasyonuna olan büyük mesafeye rağmen, bir araştırma ekibinin parçasıydınız. İşbirliği sadece çok ilginç değildi, aynı zamanda çok eğlenceliydi! PK 3 Plus aynı zamanda temel araştırmaların Dünya üzerindeki günlük yaşam için nasıl tamamen beklenmedik uygulamalara sahip olabileceğinin bir örneğiydi,” diye hatırlıyor Astrolab ile ISS’de uzun vadeli bir görevi tamamlayan ilk Avrupalı olan ve şu anda ESA olan Thomas Reiter. uluslararası ajanslar için koordinatör ve Genel Müdür danışmanı.
Deneyciler olarak astronotlar görür, düşünür ve hareket eder. Yerdeki bilim adamları için beklenmedik durumlara tepki verebilir veya yeni bulgulara yanıt verebilirler. Kozmonot Yuri Baturin, Mayıs 2001’deki bir dizi deney sırasında özellikle şanslı bir el gösterdi: plazma, laboratuvar odasında tutuşturulamadı. Ancak kozmonot, mikropartikülleri odanın yüklü gazı yerine nötr gazına sallayarak deneye devam etti. Bilim adamlarını şaşırtacak şekilde, parçacıklar hem pozitif hem de negatif yüklüydü ve güçlü elektriksel çekim nedeniyle, birkaç milimetre çapında büyük bir yığın ve saniyenin kesirleri içinde diğer “kümeler” oluşturdu. Bu gözlem, önceki gezegen oluşumu bilmecesini, yani mikron boyutlu parçacıkların kümelenmesinin ilk aşamasının nasıl gerçekleştiğini çözebilir.
Bu aynı zamanda araştırma konusunun güneş sistemimizde, örneğin Satürn’ün halkalarında veya Ay’da meydana gelen doğal tozlu plazmalara yakınlığını da gösterir. “Toz, Ay’daki en büyük sorunlardan biri! ISS’deki plazma araştırmalarından elde edilen temel bilgiler, ay tozunun özelliklerini daha iyi anlamak ve onunla daha iyi başa çıkabilmek için yaklaşan ay görevleri için özellikle önemlidir” diye açıklıyor Thomas. Güneş plazmasındaki toz yüklenir, böylece yüzebilir ve güçlü bir yapışkan etkiye sahiptir. Ay tozu keskin kenarlı olduğundan yüzeylerde ve aletlerde daha fazla aşınma ve yıpranmaya neden olur ve astronotlar için sağlık riski oluşturur.
Fizik bilgisi genişledi
100’den fazla bilimsel yayınla plazma kristal deneyleri, ISS’deki en başarılı araştırma projeleri arasındadır. Bundan elde edilen bulgular, fizik öğretim bilgisini defalarca genişletti ve revize etti. Böylece Dr. Hubertus Thomas’ın etrafındaki ekip, karmaşık bir plazmanın yumuşak maddenin yeni bir hali olduğunu da kanıtladı. Ağırlıksızlıkta, yüklü mikro parçacıklar uzayda serbestçe yayılır ve “plazma kristalleri” adı verilen düzenli üç boyutlu kristal yapılar oluşturur. 1994’te keşfi, fizik doktrinini temelden değiştirdi, çünkü plazma daha önce maddenin en düzensiz hali olarak kabul ediliyordu.
ISS’de yapılan deneyler, fiziksel süreçleri atomik seviyede görünür kılıyor. Tek tek “atomların” hareketi ve etkileşimleri, sanki ağır çekimdeymiş gibi izlenebilir. Son 20 yılda bilim adamları, büyük kristal yapıların ve uzun zincirlerin oluşumu, dalga yayılımı, kesme akışları ve karmaşık plazmaların akış özellikleri hakkında benzersiz bilgiler edindiler. Plazma araştırmacıları, model sistem üzerinde yaptıkları araştırmalarla, dinamik süreçlerin ve olayların daha iyi anlaşılmasına ve fizikteki temel bilgilerin genişletilmesine katkıda bulunurlar. Uzaya duyulan hayranlık her zaman yankılanır:
“Bazen ISS’nin tepemizde uçtuğunu görebilirsiniz ve laboratuvarımızın orada olduğunu ve bir kozmonotun orada bir plazma kristali deneyi yürüttüğünü hayal ettiğimde, o zaman bunu büyüleyici buluyorum. Laboratuvarımız sadece bodrumda değil, aynı zamanda insanlığın en uç noktasında da var – bu 20 yıl sonra bile çok özel bir şey” diyor Thomas. 22-29 Mart 2021 tarihleri arasında bir sonraki plazma kristali deneyleri gerçekleşecek yine yaklaşık 400 kilometre yükseklikte.
Uzayda uluslararası işbirliği
İlk plazma kristal laboratuvarı “PKE-Nefedov” 2001’den 2005’e kadar faaliyetteydi, ardından yedi yıl daha “PK-3 Plus” geldi. “PK-4” laboratuvarı 2014’ten beri faaliyette ve önceki projeler gibi bir Alman/Avrupa-Rus başarı öyküsü. PK-4, Avrupa Uzay Ajansı ESA ile Rus uzay ajansı ROSKOSMOS arasında, DLR Uzayda Malzeme Fiziği Enstitüsü’nün (eski adıyla Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü, MPE) “Kompleks Plazmalar” grubunun bilimsel liderliğiyle yapılan bir işbirliğidir. ) ve Rusya Bilimler Akademisi (Ortak Yüksek Sıcaklıklar Enstitüsü, JIHT). Deneyler, Fransa’nın Toulouse kentindeki CADMOS kontrol merkezinden ve son olarak Oberpfaffenhofen’deki DLR’nin Alman Uzay Operasyonları Merkezi’nden kontrol ediliyor. Deneysel donanım, grubun MPE ve OHB System AG’de (eski adıyla Kayser Threde) geçirdikleri süre boyunca şirket içi geliştirmesidir. Almanya’daki proje için ek finansman, Max Planck Derneği ve başından beri ISS’de plazma araştırmasını destekleyen DLR’deki Alman Uzay Ajansı tarafından sağlandı.
PK-4, yirmi yıl sonra bile Uluslararası Uzay İstasyonunda karmaşık plazmalarla yapılan araştırmaların büyük potansiyelini bir kez daha etkileyici bir şekilde gösteriyor. Bu uluslararası alanda da görülüyor. Bu nedenle DLR’deki Alman Uzay Ajansı, NASA, ESA, ROSKOSMOS ve dünyanın önde gelen bilim adamlarıyla birlikte şu anda “COMPACT” adlı PK-4’e bir takip deneyi için olasılıkları tartışıyor: “Bu yeni deneysel tesisle DLR’de Alman Uzay Ajansı Fizik ve Malzeme Araştırmaları Program Yöneticisi Dr. Thomas Driebe, karmaşık plazmalarla yapılan araştırmaların başarı öyküsü, başka bir heyecan verici bölümle güncellenecek ve zenginleştirilecek” diyor.
DLR Uzayda Malzeme Fiziği Enstitüsü’nden grup lideri Dr. Hubertus Thomas, “Karmaşık plazmalar üzerine araştırma için, ağırlıksızlık, bilimsel olarak ilginç parametre uzayının tamamını araştırmak için tek olasılığı sunuyor. ISS için önceden belirlenmiş,” diyor.
Plazma iyonize gazdır ve örneğin flüoresan tüplerde veya plazma televizyonlarda çeşitli teknik şekillerde kullanılır. Plazma Dünya’da çok nadirdir; doğal haliyle, örneğin şimşek olarak ortaya çıkar. Uzayda ise görünür maddenin yüzde 99’u plazma halindedir. Bunlar, güneş dahil yıldızları veya gezegenlerin iyonosferini içerir. Elektrik yüklü gaz ayrıca toz parçacıkları veya diğer mikro parçacıklar içeriyorsa, kristal yapıları oluşturabilen “karmaşık plazmalar” oluşturulur.
Başarı faktörü astronot
Sofistike teknoloji ve donanıma ek olarak, ISS’deki “uygulayıcılar” da test serisinin başarısı için çok önemlidir. ESA astronotu Thomas Reiter, bu rolü üstlenen tek Alman’dı. Astrolab görevinin bir parçası olarak, Ağustos ve Ekim 2006’da plazma kristal laboratuvarı PK-3 Plus’ı işletti:
“PK-3 Plus gerçekten etkileşimli bir deneydi. Devreye aldıktan sonra, birçok test serisi sırasında yerdeki bilim adamlarıyla doğrudan telsiz teması kurdum. Gözlemlerimin anlatımı, daha sonra plazma kristal laboratuvarında belirlediğim çeşitli deneysel parametrelerde değişiklikler yapmalarını sağladı. Büyüleyiciydi – yer istasyonuna olan büyük mesafeye rağmen, bir araştırma ekibinin parçasıydınız. İşbirliği sadece çok ilginç değildi, aynı zamanda çok eğlenceliydi! PK 3 Plus aynı zamanda temel araştırmaların Dünya üzerindeki günlük yaşam için nasıl tamamen beklenmedik uygulamalara sahip olabileceğinin bir örneğiydi,” diye hatırlıyor Astrolab ile ISS’de uzun vadeli bir görevi tamamlayan ilk Avrupalı olan ve şu anda ESA olan Thomas Reiter. uluslararası ajanslar için koordinatör ve Genel Müdür danışmanı.
Deneyciler olarak astronotlar görür, düşünür ve hareket eder. Yerdeki bilim adamları için beklenmedik durumlara tepki verebilir veya yeni bulgulara yanıt verebilirler. Kozmonot Yuri Baturin, Mayıs 2001’deki bir dizi deney sırasında özellikle şanslı bir el gösterdi: plazma, laboratuvar odasında tutuşturulamadı. Ancak kozmonot, mikropartikülleri odanın yüklü gazı yerine nötr gazına sallayarak deneye devam etti. Bilim adamlarını şaşırtacak şekilde, parçacıklar hem pozitif hem de negatif yüklüydü ve güçlü elektriksel çekim nedeniyle, birkaç milimetre çapında büyük bir yığın ve saniyenin kesirleri içinde diğer “kümeler” oluşturdu. Bu gözlem, önceki gezegen oluşumu bilmecesini, yani mikron boyutlu parçacıkların kümelenmesinin ilk aşamasının nasıl gerçekleştiğini çözebilir.
Bu aynı zamanda araştırma konusunun güneş sistemimizde, örneğin Satürn’ün halkalarında veya Ay’da meydana gelen doğal tozlu plazmalara yakınlığını da gösterir. “Toz, Ay’daki en büyük sorunlardan biri! ISS’deki plazma araştırmalarından elde edilen temel bilgiler, ay tozunun özelliklerini daha iyi anlamak ve onunla daha iyi başa çıkabilmek için yaklaşan ay görevleri için özellikle önemlidir” diye açıklıyor Thomas. Güneş plazmasındaki toz yüklenir, böylece yüzebilir ve güçlü bir yapışkan etkiye sahiptir. Ay tozu keskin kenarlı olduğundan yüzeylerde ve aletlerde daha fazla aşınma ve yıpranmaya neden olur ve astronotlar için sağlık riski oluşturur.
Fizik bilgisi genişledi
100’den fazla bilimsel yayınla plazma kristal deneyleri, ISS’deki en başarılı araştırma projeleri arasındadır. Bundan elde edilen bulgular, fizik öğretim bilgisini defalarca genişletti ve revize etti. Böylece Dr. Hubertus Thomas’ın etrafındaki ekip, karmaşık bir plazmanın yumuşak maddenin yeni bir hali olduğunu da kanıtladı. Ağırlıksızlıkta, yüklü mikro parçacıklar uzayda serbestçe yayılır ve “plazma kristalleri” adı verilen düzenli üç boyutlu kristal yapılar oluşturur. 1994’te keşfi, fizik doktrinini temelden değiştirdi, çünkü plazma daha önce maddenin en düzensiz hali olarak kabul ediliyordu.
ISS’de yapılan deneyler, fiziksel süreçleri atomik seviyede görünür kılıyor. Tek tek “atomların” hareketi ve etkileşimleri, sanki ağır çekimdeymiş gibi izlenebilir. Son 20 yılda bilim adamları, büyük kristal yapıların ve uzun zincirlerin oluşumu, dalga yayılımı, kesme akışları ve karmaşık plazmaların akış özellikleri hakkında benzersiz bilgiler edindiler. Plazma araştırmacıları, model sistem üzerinde yaptıkları araştırmalarla, dinamik süreçlerin ve olayların daha iyi anlaşılmasına ve fizikteki temel bilgilerin genişletilmesine katkıda bulunurlar. Uzaya duyulan hayranlık her zaman yankılanır:
“Bazen ISS’nin tepemizde uçtuğunu görebilirsiniz ve laboratuvarımızın orada olduğunu ve bir kozmonotun orada bir plazma kristali deneyi yürüttüğünü hayal ettiğimde, o zaman bunu büyüleyici buluyorum. Laboratuvarımız sadece bodrumda değil, aynı zamanda insanlığın en uç noktasında da var – bu 20 yıl sonra bile çok özel bir şey” diyor Thomas. 22-29 Mart 2021 tarihleri arasında bir sonraki plazma kristali deneyleri gerçekleşecek yine yaklaşık 400 kilometre yükseklikte.
Uzayda uluslararası işbirliği
İlk plazma kristal laboratuvarı “PKE-Nefedov” 2001’den 2005’e kadar faaliyetteydi, ardından yedi yıl daha “PK-3 Plus” geldi. “PK-4” laboratuvarı 2014’ten beri faaliyette ve önceki projeler gibi bir Alman/Avrupa-Rus başarı öyküsü. PK-4, Avrupa Uzay Ajansı ESA ile Rus uzay ajansı ROSKOSMOS arasında, DLR Uzayda Malzeme Fiziği Enstitüsü’nün (eski adıyla Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü, MPE) “Kompleks Plazmalar” grubunun bilimsel liderliğiyle yapılan bir işbirliğidir. ) ve Rusya Bilimler Akademisi (Ortak Yüksek Sıcaklıklar Enstitüsü, JIHT). Deneyler, Fransa’nın Toulouse kentindeki CADMOS kontrol merkezinden ve son olarak Oberpfaffenhofen’deki DLR’nin Alman Uzay Operasyonları Merkezi’nden kontrol ediliyor. Deneysel donanım, grubun MPE ve OHB System AG’de (eski adıyla Kayser Threde) geçirdikleri süre boyunca şirket içi geliştirmesidir. Almanya’daki proje için ek finansman, Max Planck Derneği ve başından beri ISS’de plazma araştırmasını destekleyen DLR’deki Alman Uzay Ajansı tarafından sağlandı.
PK-4, yirmi yıl sonra bile Uluslararası Uzay İstasyonunda karmaşık plazmalarla yapılan araştırmaların büyük potansiyelini bir kez daha etkileyici bir şekilde gösteriyor. Bu uluslararası alanda da görülüyor. Bu nedenle DLR’deki Alman Uzay Ajansı, NASA, ESA, ROSKOSMOS ve dünyanın önde gelen bilim adamlarıyla birlikte şu anda “COMPACT” adlı PK-4’e bir takip deneyi için olasılıkları tartışıyor: “Bu yeni deneysel tesisle DLR’de Alman Uzay Ajansı Fizik ve Malzeme Araştırmaları Program Yöneticisi Dr. Thomas Driebe, karmaşık plazmalarla yapılan araştırmaların başarı öyküsü, başka bir heyecan verici bölümle güncellenecek ve zenginleştirilecek” diyor.