Plasmaforschung auf der ISS

Plasmaforschung auf der ISS
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Die Plasmakristall-Experimente zählen zu den erfolgreichsten Forschungsarbeiten auf der Internationalen Raumstation ISS.

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© DLR

Das Plasmakristall-Labor PKE-Nefedov gehörte zu den ersten naturwissenschaftlichen Forschungslaboren auf der ISS, seit 2014 ist im Columbus-Modul der Nachfolger PK-4 in Betrieb. Mehr als 70 wissenschaftliche Publikationen belegen den Wissenszuwachs aus den Experimenten der letzten 15 Jahre. Die Forschungsgruppe Komplexe Plasmen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gewinnt mit ihren Arbeiten grundlegende Erkenntnisse, die insbesondere der Festkörper- und Flüssigkeitsphysik dienen, aber auch Anwendungen in der Weltraumphysik, der Plasmaphysik und Plasmatechnologie sowie der Fusionsforschung ermöglichen. Ende November trafen sich am DLR in Oberpfaffenhofen die internationalen Projekt- und Forschungspartner zu einem umfassenden Symposium, um die bisherigen Ergebnisse von PK-4 vorzustellen und die künftigen Aktivitäten zu planen.

Die ISS bietet ideale Voraussetzungen für die Untersuchung von Plasmakristallen beziehungsweise komplexen Plasmen. Plasma ist elektrisch geladenes Gas, das auf der Erde nur selten auftritt, etwa bei einem Blitz. Im Gegensatz dazu befindet sich 99 Prozent der sichtbaren Materie im Weltraum im Plasmazustand. Wenn im/in diesem ionisierten Gas zusätzlich Staubteilchen oder andere Mikropartikel enthalten sind, werden diese hoch aufgeladen und es entsteht ein “komplexes Plasma”: In der Schwerelosigkeit können sich die Teilchen frei im Raum ausbreiten und bilden geordnete dreidimensionale Kristallstrukturen. Die Teilchen verhalten sich dabei ähnlich wie Atome in einem Festkörper oder einer Flüssigkeit – mit dem Vorteil, dass im Plasma jeder Mikropartikel einzeln und wie in Zeitlupe beobachtet werden kann. Dies ermöglicht ganz neue Einblicke in die Physik.

Anhand der PK-4-Aufzeichnungen können die Forscher auf atomarer Ebene verfolgen, wie ein Festkörper schmilzt, wie sich Wellen in Flüssigkeiten ausbreiten oder Strömungen verändern. Komplexes Plasma ist ein neuer Aggregatszustand der Weichen Materie, neben Kolloiden, Polymeren, Schäumen, Gelen, granularen Medien oder auch Flüssigkeitskristallen – eine Erkenntnis, die erst die Ergebnisse unter Schwerelosigkeit zu Tage gebracht haben.

Wissens- und Technologietransfer

Mittels Technologietransfer erschließt die Plasmaforschung auch völlig neue Anwendungsbereiche. Ausgangspunkt ist das Know-how aus der bemannten Raumfahrt – miniaturisierte, bedienungsfreundliche und zugleich hocheffiziente und unter speziellem Sicherheitsaspekt für die Astronauten hergestellte Labore zu entwickeln und zu bauen. Ein besonderer Transfer vom Weltraum zur Erde ist den Wissenschaftlern (damals Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik MPE, heute DLR) bereits mit der Herstellung einer Plasmaquelle für den medizinischen Einsatz gelungen. Dadurch konnte die weltweit erste klinische Studie zur Nutzung von Plasma zur Heilung chronischen Wunden durchgeführt werden – ein Meilenstein für die Plasmamedizin. Das junge, schnell wachsende Forschungsfeld verbindet dabei Erkenntnisse aus der Plasmaphysik mit der Plasmachemie, Mikrobiologie und Medizin.

“Nach den Erfolgen mit der Plasmamedizin am MPE arbeitet die Forschungsgruppe am DLR jetzt an neuen Folgeprojekten. Die sogenannten Kalten Atmosphärischen Plasmen aus dem medizinischen Bereich können wir auch für die Raumfahrt nutzbar machen – speziell zur Sterilisierung von Oberflächen und Bauteilen, etwa von Marsrovern, die nach Leben suchen sollen. Der Einsatz von Plasma könnte in Zukunft auch die Hygiene an Bord der ISS wesentlich erleichtern”, erklärt Dr. Hubertus Thomas, Leiter der DLR-Forschungsgruppe Komplexe Plasmen. Die Projekte zur Nutzung der Kalten Atmosphärischen Plasmen werden durch das bayerische Wirtschaftsministerium gefördert.

Kontakt:
Bernadette Jung
Tel.: 08153 28-2251
Mail: bernadette.jung@dlr.de