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Dürfen wir vorstellen: ZYFLEX

Nachdem das Experiment jetzt schon hier und da zu sehen war, wird es wohl Zeit, euch die Details etwas genauer vorzustellen. Hier nun also ein Beitrag für die Physik-Nerds unter unseren Lesern. 😉

Das Experiment besteht, wie ihr bestimmt längst gesehen habt, im Wesentlichen aus zwei Racks. Ich schreibe „im Wesentlichen“, denn streng genommen handelt es sich um 3 Racks. Zwischen den eigentlichen Racks ist nämlich noch ein Beschleunigungssensor direkt auf den Rails verschraubt – aber bleiben wir beim Wesentlichen. Das kleine Rack enthält den RF-Generator und 4 Computer (2 zur Steuerung, 2 zur Aufnahme). Im großen Rack wird es spannend. Hier findet sich das Herzstück unseres Experiments: Die Zyflex-Plasmakammer umgeben von 2 Lasern und stolzen 8 Kameras. In der unteren Ebene befinden sich zudem die Pumpen sowie die Gasversorgung.

Die beiden (3) Racks im Flugzeug
Unterer Teil des kleinen Racks, v.l.n.r.: 2 Aufnahmerechner und ein Gehäuse, das die beiden Steuerrechner enthält. Im oberen, abgeschirmten Teil befindet sich der RF-Generator.

Schauen wir uns zunächst die Kammer etwas genauer an. Die ursprünglich für das Ekopasma-Projekt entwickelte Zyflex (zylindrisch, flexibel) ist verglichen mit der IMPF-K2 deutlich größer. Der eigentliche Clou sind die oben und unten jeweils in Center und Ring unterteilten Elektroden, die in Phase und Amplitude unabhängig ansteuerbar sind.

Am abgenommenen Deckel lassen sich die beiden konzentrischen Elektroden sowie der umgebende Guardring gut erkennen.
Ansteuerung (oben) und Messung (unten) der 4 unabhängigen Elektroden

Weiterhin können die Elektroden und der sie umgebende geerdete Guardring unabhängig voneinander in der Höhe verstellt werden. So sind Elektrodenabstände zwischen ca. 30 mm und 75 mm möglich.

Kommen wir nun zu den Diagnostiken. Neben diversen 2D-Diagnostiken betreiben wir auch unser 3D-Setup, welches hierzu vom IMPF-Experiment in diesen Aufbau transplantiert wurde. Daher gibt es auch zwei Laser, da die unterschiedlichen Beleuchtungsansprüche schwer unter einen Hut zu bekommen sind. Wir haben einerseits einen roten Laser für die 2D-Diagnostiken, der eine dünne Schicht von etwa 0.5 mm Dicke auf der ganzen Höhe von 75 mm beleuchtet. Außerdem gibt es den grünen 3D-Laser, der auf etwa 3mm Breite aufgeweitet ist, dafür jedoch nur eine Höhe von etwa 30 mm abdeckt. Der 2D-Laser ist auf dem folgenden Foto hinten zu sehen. Man erkennt die große Zylinderlinse sowie einen im 45 Grad-Winkel stehenden Spiegel, der den Laser unter genau 90 Grad in die Kammer lenkt. Davor befindet sich der 3D-Laser mit seiner kleineren Zylinderlinse. Sein aufgeweiteter Strahl verläuft leicht schräg links am Spiegel des 2D-Lasers vorbei, um durch den selben Schlitz im fast vollständig abgeklebten Kammerfenster zu passen und schließlich innerhalb der Kammer den 2D-Laserfächer im Sichtfeld der 3D-Kameras zu kreuzen.

Blick in das Herzstück des Experiments: Die Plasmakammer umgeben von Lasern (vorne) und Kameras (links und rechts der Kammer)

Womit wir endlich bei den Kameras wären. Im obigen Bild befinden sich die 2D-Kameras links der Kammer und sind leider kaum zu erkennen. Ihr müsst mir also glauben, dass es 3 davon gibt: Eine Übersichtskamera, die den gesamten Elektrodenzwischenraum erfasst sowie 2 Detailkameras, die zusammen etwa die halbe Staubwolke mit hoher räumlicher Auflösung beobachten.

Rechts erkennt man das Stereoskopie-Setup bestehend aus 4 Kameras, welches nun auf einer eigenen Grundplatte Platz gefunden hat. Der Vorteil dieser Konstruktion ist, dass alle Einstellungen relativ bequem von der Rückseite aus vorgenommen werden können. Der Nachteil gegenüber einzeln an den Bosch-Streben montierten Kameras ist natürlich, dass die Kameras nicht mehr einzeln positioniert werden können. Andererseits kann nun das Sichtfeld zumindest horizontal durch Verschieben der ganzen Platte recht einfach verstellt werden.

Rückseite des 3D-Setups

Natürlich sind alle Kameras mit entsprechenden Bandpassfiltern für die jeweilige Laserwellenlänge ausgestattet. Zusätzlich gibt es noch eine Glow-Kamera, die nur das Plasmaleuchten aufnimmt.

Für die ehemaligen IMPF-K2-Flieger unter uns hat dieses Experiment einige Eigenheiten zu bieten, auf die hier noch eingegangen werden soll. Da die Racks ursprünglich als Testplattform für Ekoplasma (und nun für COMPACT) gebaut worden sind, ist die Turbopumpe eine weltraumzertifizierte, aber ziemlich kleine Ausführung. Im Zusammenspiel mit der großen Kammer muss immer recht lange gepumpt werden, um einen guten Basisdruck zu erreichen. Zudem wurde die Kammer vor der Kampagne ein letztes Mal gründlich mit Ethanol gereinigt und wird hier vor Ort nur noch ausgesaugt, da sonst innerhalb der gegebenen Zeit kein wirklich gutes Vakuum erreicht werden kann.

Unterer Teil des großen Racks: im Hintergrund Gasversorgung, vorne v.l.n.r. Regelventil, Turbopumpe, Membran-Vorpumpe.

Dank der verstellbaren Elektroden und abgefahrenen RF-Konfigurationsmöglichkeiten können wir auch am Boden Staub quasi in der Kammermitte einfangen und hiermit die Stereoskopie einstellen, ohne wie vorher extra Zusatzeinbauten zum Ändern des Staubeinfangs zu benötigen – ein zusätzliches Öffnen und wieder Abpumpen der Kammer entfällt.

Die vielen Parameter und die Komplexität des Systems aus 4-kanaligem RF-Generator, regelbaren Verstärkern, Abschwächern, Anpassnetzwerken und 4 unterschiedlich stark ineinander einstreuenden Elektroden macht das Handling natürlich auch dementsprechend knifflig. Daher werden im Vorfeld der Kampagne sogenannte Setpoints erstellt, die für gegebene Elektrodenabstände, Gasdrücke, gewünschte Entladungsbedingungen etc. passende Einstellungen enthalten. Dazu werden die Spannungen und Phasen an den Elektroden gemessen und in einem Optimierungsprozess automatisiert passende Einstellungen für den Generator gefunden, die die gewünschten Spannungen und Phasen liefern. Während der Flüge können diese Setpoints dann abgerufen werden.

In einem Folgebeitrag werden wir (so die Zeit es zulässt) noch ein paar Worte darüber verlieren, was man mit dieser tollen Zyflex-Kammer nun alles machen kann und welche Experimente wir auf dieser PFC konkret planen. Wenn euch noch Fragen zum Aufbau unter den Nägeln brennen oder ihr gerne bestimmte, andere Blickwinkel sehen würdet, hinterlasst gerne einen Kommentar!

Statusupdate

Wir arbeiten so nach und nach unsere Routineaufgaben ab. Gestern und heute haben wir damit verbracht, die Laser und Kameras zu justieren und zu kalibrieren sowie einige Testläufe durchzuführen. Wir hoffen, nicht mehr allzu viele weitere Tests mit Staub in der Kammer durchführen zu müssen. Daher haben wr bereits die Kammer gereinigt und die Dispenser für den ersten Flugtag befüllt und angebaut. Unten findet ihr ein paar Eindrücke. Darüberhinaus hoffe ich, demnächst noch etwas Zeit zu finden, um euch das Experiment etwas genauer vorzustellen.

2D-Kalibriertarget in der Kammer
Anfertigen von Kalibrieraufnahmen
Fixieren der Kameraeinstellungen
Reinigen der Elektroden
Dispensereinbau unter beengten Verhältnissen

Boarding completed

Unser Experiment war für Frédéric ganz neu, weil Christina und Daniel bisher andere Betreuer*innen hatten. Daher kamen während des Reviews heute Vormittag dann hier und da noch ein par Fragen auf, die aber alle recht schnell zu klären waren. Gegen 14 Uhr wurde dann mit dem Einladen des Experiments begonnen. Das Manövrieren des großen Racks im Flieger funktioniert mit den angeschraubten Wagen sehr gut – kein Vergleich zum 600 kg-Rack des alten Kieler Experiments. Das kleine Rack lässt sich eh per 4-Mensch-4-Ecken-Methode händeln. So war dann schon wenig später alles im Flugzeug verschraubt, die Kabelverbindungen waren auch schnell hergestellt. Es folgte ein erstes Hochfahren, um den Stromverbrauch zu messen. Dabei stellten wir fest, dass 2 Kameras nicht funktionierten. Ursache waren vertauschte Kabel, und entsprechend schnell wurde das Problem behoben.

Nun haben wir also ein auf den ersten Blick funktionsfähiges Experiment im Flieger, das aktuell von Christina, Daniel und Daniel noch weiter getestet wird. André und ich haben derweil die Zeit genutzt, um den Workshop aufzuräumen. Morgen folgt dann das Einstellen von Lasern, Kameras etc.

Demontage der Transportwagen
Erster Testlauf

Nun sind wir komplett

Ihr fragt euch vielleicht, warum es gestern kein Update mehr gab. Nun ja, das mit dem großen LKW und der Ankunft des Experiments war so eine Sache. Den Großteil des Tages haben wir mit Warten verbracht. Statt mittags kam die Lieferung schließlich um 17:30 an. Dann lief aber alles wie geschmiert: Um Punkt 18 Uhr hatten wir abgeladen, gleichzeitig war André gelandet, sodass wir ihn am Flughafen aufsammeln konnten. Wenig später ging es dann Richtung Stadt, um den ersten zweiten Abend wie üblich bei Simeone und am Spiegel zu zelebrieren.

Daniel (II) und Christina beim Reinigen des Experiments

Heute haben wir bisher das Experiment ausgepackt, gereinigt und befinden uns gerade im ersten Review mit Frédéric. Es sieht also sehr danach aus, dass wir das Experiment heute (mit leichter Verzögerung – geplant war 9 Uhr) boarden können. Schaut auch mal bei den Impressionen vorbei.

Anbringen der Novespace-Steckerleiste, die wir mit diesem Experiment nutzen

Anreise – Check

Gestern haben sich Christina, Daniel (I) + (II) und Stefan in aller Frühe auf den Weg zum Flughafen gemacht. Es hat auch alles bestens geklappt und so waren wir nachmittags beim Hotel. Es war schon ein schöner Anblick, in Bordeaux zu landen und aus dem Flugzeugfenster die ZeroG an ihrer angestammten Parkposition bereitstehen zu sehen. So weit, so gut.

Ich hoffe, ihr könnt uns verzeihen, dass wir dann etwas vom Protokoll abgewichen sind. Da André heute Nachmittag nachkommt, werden wir uns heute erst – dann mit vollständiger Crew – auf den Weg zu Simeone machen. Aktuell warten wir noch auf das Experiment, das für ca. 13 Uhr erwartet wird. Wir haben diesmal übrigens eine Box auf der linken Seite des Workshops, quasi gegenüber von unserem angestammten Platz.

Das Experiment ist auf dem Weg

Planmäßig wurde heute das Experiment abgeholt. Die Spedition hat sicherheitshalber den ganz großen LKW geschickt, der aufgrund seiner Höhe leider knapp nicht auf den Institutsinnenhof vorfahren konnte. So mussten wir die Packstücke dann noch per Hubwagen über bekanntermaßen etwas unebenes Terrain zum LKW bringen. Wie gut, dass die Transportwagen des großen Racks wenigstens anständige Reifen haben. 😉

Das war dann aber auch fix erledigt, und ebenso fix wurde alles auf der Ladefläche verzurrt. Das Team macht sich am Sonntag auf den Weg. Wir melden uns dann spätestens aus Bordeaux wieder.

Das kleine Rack auf dem Weg zum Laster
Alles verstaut