Научная аппаратура "Плазменный кристалл-4" для исследования комплексной (пылевой) плазмы на борту Международной космической станции

Научная аппаратура "Плазменный кристалл-4" для исследования комплексной (пылевой) плазмы на борту Международной космической станции

Автор: Липаев Андрей Михайлович, Зобнин Андрей Вячеславович, Усачев Александр Дмитриевич, Молотков Владимир Иванович, Жуховицкий Дмитрий Игоревич, Наумкин Вадим Николаевич, Петров Олег Федорович, Фортов Владимир Евгеньевич, Пустыльник Михаил Юрьевич, Носенко Владимир, Хагль Таня, Томас Хубертус Мария, Тома Маркус Х., Зориг Роланд, Штетнер Армин, Алямовская Вера Анатольевна, Орр Астрид, Лавренко Елена Гавриловна

Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia

Рубрика: Инновационные технологии в аэрокосмической деятельности

Статья в выпуске: 1 (28), 2020 года.

Бесплатный доступ

Научная аппаратура «Плазменный кристалл-4» («ПК-4») предназначена для исследования комплексной (пылевой) плазмы в условиях микрогравитации на Международной космической станции и является совместным проектом Европейского космического агентства и Роскосмоса. Научная аппаратура «ПК-4» интегрирована в стойку «Европейских физиологических модулей» в европейском лабораторном модуле Columbus. Управление экспериментом - автоматизированное, программно-интерактивное или ручное (с бортового ноутбука или с удаленного терминала в наземном центре управления). В научной аппаратуре «ПК-4» для создания плазмы используется разряд постоянного тока низкого давления в инертных газах в стеклянной трубке. Для получения комплексной плазмы в разряд инжектируются микрочастицы заданного размера. Две цифровые видеокамеры позволяют наблюдать за индивидуальными микрочастицами внутри трубки в фазовом пространстве, что делает комплексную плазму хорошим модельным объектом для изучения классических явлений в конденсированных средах на кинетическом уровне. Для контроля за состоянием плазмы используется интегрированный спектрометр и еще одна видеокамера, позволяющая регистрировать собственное излучение плазмы на разных длинах волн. Для исследования свойств комплексной плазмы на нее воздействуют различными способами: электрическими, оптическими, термофоретическими.

Еще

Комплексная плазма, микрочастицы, мягкая материя, воздействие лазером, микрогравитация, измерение вязкости, газовый разряд, диагностика плазмы

Короткий адрес: https://sciup.org/143177922

IDR: 143177922   |   DOI: 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-1-5-22

Список литературы Научная аппаратура "Плазменный кристалл-4" для исследования комплексной (пылевой) плазмы на борту Международной космической станции

  • Chu J.H., Lin I. Direct observation of Coulomb crystals and liquids in strongly coupled rf dusty plasmas // Physical Review Letters. 1994. V. 72. № 25. P. 4009-4012.
  • Thomas H., Morfill G.E., Demmel V., Goree J., Feuerbacher B., Mohlmann D. Plasma crystal — Coulomb crystallization in a dusty plasma // Physical Review Letters. 1994. V. 73. № 5. P. 652-655.
  • Hayashi Y., Tachibana K. Observation of coulomb-crystal formation from carbon particles grown in a methane plasma // Japanese Journal of Applied Physics part 2 - letters. 1994. V. 33. № 6A. P. L804-L806.
  • Fortov V.E., Nefedov A.P., Torchinskii V.M., Molotkov V.I., Khrapak A.G., Petrov O.F., Volykhin K.F. Crystallization of a dusty plasma in the positive column of a glow discharge // JETP Lett. 1996. V. 64. № 2. P. 92-98.
  • Lipaev A.M., Molotkov VI, Nefedov AP, Petrov O.F., Torchinskii V.M., Fortov V.E., Khrapak A.G., Khrapak S.A. Ordered structures in a nonideal dusty glow-discharge plasma // JETP. 1997. V. 85. № 6. P. 1110-1118.
  • Morfill G.E., Thomas H.M., Konopka U., Rothermel H., Zuzic M., Ivlev A., Goree J. Condensed Plasmas under Microgravity // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. № 8. P. 1598-1601.
  • Фортов В.Е., Нефедов А.П., Вау-лина О. С., Липаев А.М., Молотков В.И., Самарян А.А., Никитский В.П., Иванов А.И., Савин С.Ф., Калмыков А.В., Соловьев А.Я., Виноградов П.В. Пылевая плазма, индуцированная солнечным излучением, в условиях микрогравитации: эксперимент на борту орбитальной станции «Мир» // ЖЭТФ. 1998. Т. 114. № 6(12). С. 2004-2021.
  • Nefedov A.P., Vaulina O.S., Petrov O.F., Molotkov V., Torchinskii V.M., Fortov V.E., Chernyshev A.V., Lipaev A.M., Ivanov A.I., Kaleri A.Y., Semenov Y.P., Zaletin S.V. The dynamics of macrop articles in a direct current glow discharge plasma under microgravity conditions // New Journal of Physics. 2003. V. 5. P. 108.
  • Zuzic M, Klumov B.A., Lipaev A.M., et al. PKE-Nefedov: plasma crystal experiments on the International Space Station // New Journal of Physics. 2005. V. 5. P. 33.
  • Thomas H.M., Morfill G.E, Fortov V.E, Ivlev A.V., Molotkov V.I., Lipaev A.M., Hagl T., Rothermel H., Khrapak S.A., Suetterlin R.K., et al. Complex plasma laboratory PK-3 Plus on the International Space Station // New Journal of Physics. 2008. V. 10. P. 033036.
  • Pustylnik M.Y., Fink M.A., Nosenko V., Antonova T, Hagl T, Thomas H.M., Zobnin A.V., Lipaev A.M., Usachev A.D., Molotkov V.I. Plasmakristall-4: New complex (dusty) plasma laboratory on board the International Space Station // Review of Scientific Instruments. 2016. V. 87. P. 093505.
  • Fortov V.E., Morfill G.E, Petrov O, Thoma M.H., Usachev A.D., Höfner H, Zobnin A.V., Kretschmer M, Ratynskaya S, Fink M.A., et al. The project «Plasmakristall-4» (PK-4) — a new stage in investigations of dusty plasmas under microgravity conditions: first results and future plans // Plasma Phys. Control. Fusion. 2005. V. 47. P. B537.
  • Fink M.A., Thoma M.H., Morfill G.E. PK-4 Science Activities in Micro-gravity // Microgravity Sci. Technol. 2011. V. 23. P. 169.
  • Thoma M.H., Fink M.A., Höfner H, Kretschmer M., Khrapak S.A., Ratynskaya S., Yaroshenko V.V., Morfill G.E., Petrov O.F., Usachev A.D., Zobnin A.V., Fortov V.E. PK-4: Complex Plasmas PK-4: Complex Plasmas in Space—The Next Generation // IEEE Trans. Plasma Sci. 2007. V. 35. P. 255.
  • Molotkov VI, Petrov O.F, Pustyl'nik MY, Torchinskii V.M., Fortov V.E., Khrapak A.G. Dusty Plasma of a DC Glow Discharge: Methods of Investigation and Characteristic Features of Behavior // High Temperature. 2004. V. 42. P. 827.
  • Ratynskaya S, Khrapak S, Zobnin A., Thoma M.H., Kretschmer M, Usachev A., Yaroshenko V., Quinn R.A., Morfill G.E., Petrov O., Fortov V. Experimental Determination of Dust-Particle Charge in a Discharge Plasma at Elevated Pressures // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. P. 085001.
  • Khrapak S.A., Ratynskaya S, Zobnin A.V., Yaroshenko V.V., Thoma M.H., Kretschmer M, Usachev A.D., Höfner H., Morfill G.E., Petrov O.F., Fortov V.E. Particlecharge in the bulk of gas discharges // Phys. Rev. E. 2005. V. 72. P. 016404.
  • Yaroshenko V., Ratynskaya S, Khrapak S, Thoma M.H., Kretschmer M., Höfner H, Morfill G.E., Zobnin A., Usachev A., Petrov O., Fortov V. Determination of the ion drag force in a complex plasma // Phys. Plasmas. 2005. V. 12. P. 093503.
  • Yaroshenko V., Ratynskaya S, Khrapak S, Thoma M.H., Kretschmer M, Morfill G.E. Measurements of the dust-ion momentum transfer frequency and ion drag force in complex plasmas // Contrib. Plasma Phys. 2005. V. 45. P. 223.
  • Ivlev A.V., Steinberg V., Kompaneets R., Höfner H, Sidorenko I., Morfill G.E. Non-Newtonian Viscosity of Complex-Plasma Fluids//Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 145003.
  • Ivlev A.V., Thoma M.H., Räth C, Joyce G, Morfill G.E. Complex plasmas in external fields: The role of non-Hamiltonian interactions //Phys. Rev. Lett. 2011. V. 106. P. 155001.
  • Usachev A., Zobnin O, Petrov O, Fortov V., Thoma M.H., Höfner H, Fink M, Ivlev A., Morfill G. Externally excited planar dust acoustic shock waves in a strongly coupled dusty plasma under microgravity conditions//NewJ. Phys. 2014. V. 16. P. 053028.
  • Zhdanov S, Heidemann R., Thoma M.H., Sütterlin R.K., Thomas H.M., Höfner H, Tarantik K, Morfill G.E., Usachev A.D., Petrov O.F., Fortov V.E. Dissipative Dark Solitons in DC Complex Plasmas // Eur. Phys. Lett. 2010. V. 89. P. 25001.
  • Fink M.A, Zhdanov S.K., Thoma M.H., Höfner H, Thomas H.M., Morfill G.E. Autowaves in a dc complex plasma confined behind a Laval nozzle // Eur. Phys. Lett. 2013. V. 102. P. 45001.
  • Usachev A.D., Zobnin A.V., Petrov O.F., Fortov V.E., Thoma M.H., Pustylnik M.Y., Fink M.A., Morfill G.E. Elongated dust clouds in a uniform DC positive column of low pressure gas discharge // Plasma Sources Sci. Technol. 2016. V. 25. №. 3. P. 035009.
  • Mitic S, Pustylnik M.Y., Kovac evic E, BerndtJ., Boufendi L, Morfill G.E. Spectroscopic characterization of micro- and nanoparticle suspensions with size dynamics in plasmas // J. Phys. D. 2012. V. 45. P. 335203.
  • Rothermel H, Hagl T, Morfill G.E., Thoma M.H., Thomas H.M. Gravity Compensation in Complex Plasmas by Application of a Temperature Gradient // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 89. P. 175001.
  • Mitic S, Sütterlin R.K., Ivlev A.V., Thoma M.H., Zhdanov S, Morfill G.E. Convective Dust Clouds Driven by Thermal Creep in a Complex Plasma // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 101. P. 235001.
  • Nosenko V., Goree J. Shear Flows and Shear Viscosity in a Two-Dimensional Yukawa System (Dusty Plasma) // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. P. 155004.
  • Nosenko V., Ivlev A.V., Morfill G.E. Anisotropic shear melting and recrystallization of a two-dimensional complex plasma // Phys. Rev. E. 2013. V. 87. P. 043115.
  • Gavrikov A., Shakhova I., Ivanov A., Petrov N, Fortov V. Experimental study of laminar flow in dusty plasma liquid // Phys. Lett. A. 2005. V. 336. P. 378.
  • Khrapak S.A., Thoma M.H., Chaudhuri M, Morfill G.E., Zobnin A.V., Usachev A.D., Petrov O.F., Fortov V.E. Particle flows in a dc discharge in laboratory and microgravity conditions // Phys. Rev. E. 2013. V. 87. P. 063109.
  • Zobnin A.V., Usachev A.D., Lipaev A.M., Petrov O.F., Fortov V.E., Pustylnik M.Y., Thomas H.M., Fink M.A., Thoma M.H., Padalka G.I. Transverse ionization instability of the elongated dust cloud in the gas discharge uniform positive column under microgravity conditions // XXXI International Conference on Equations of State for matter (ELBRUS2016). 2016. V. 774. P. UNSP 012174.
  • Jaiswal S., Pustylnik M.Y., Zhdanov S., Thomas H.M., Lipaev A.M., Usachev A.D., Molotkov V.I., Fortov V.E., Thoma M.H., Novitskii O.V. Dust density waves in a dc flowing complex plasma with discharge polarity reversal // Physics of Plasmas. 2018. V. 25. P. 083705. DO110.1063/1.5040417.
  • Yaroshenko V.V., Khrapak S.A., Pustylnik M.Y., Thomas H.M., Jaiswal S, Lipaev A.M., Usachev A.D., Petrov O.F., Fortov V.E. Excitation of low-frequency dust density waves in flowing complex plasmas // Physics of Plasmas. 2019. V. 26. № 5. P. 053702.
  • Usachev A.D., Zobnin A.V., Shonenkov A.V., Lipaev A.M., Molotkov V.I., Petrov O.F., Fortov V.E., Pustyl'nik M.Y., Fink M.A., Thoma M.A., Thomas H.M., Padalka G.I. Influence of dust particles on the neon spectral line intensities at the uniform positive column of dc discharge at the space apparatus «Plasma Kristall-4» // Journal of Physics: Conference Series. 2018. V. 946. P. 012143.
  • Liu B., Goree J., Pustylnik M.Y., Thomas H.M., Fortov V.E., Lipaev A.M., Usachev A.D., Molotkov V.I., Petrov O.F., Thoma M.H. Particle velocity distribution in a three-dimensional dusty plasma under microgravity conditions // AIP Conference Proceedings. 2018. V. 1925. P. 020005.
  • Wei Z, Liu B., Goree J., Pustylnik MY., Thomas H.M., Fortov V.E., Lipaev A.M., Usachev A.D., Molotkov V.I., Petrov O.F., Thoma M.H. Diffusive Motion in a 3-D Cluster in PK-4 // IEEE Transactions on Plasma Science. 2019. V. 47. P. 3100-3106.
  • Antonova T., Khrapak S.A., Pustylnik MY., Rubin-Zuzic M., Thomas H.M., Lipaev A.M., Usachev A.D., Molotkov V.I., Thoma M.H. Particle charge in PK-4 dc discharge from ground-based and microgravity experiments // Physics of Plasmas. 2019. V. 26. P. 113703. DO110.1063/1.5122861 Статья поступила в редакцию 23.09.2019 г. Окончательный вариант — 29.11.2019 г.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp