Machine-Learning für die Complex Plasma Facility COMPACT (MALCOM)
Als „Plasma“ bezeichnet man ein elektrisch leitfähiges Gas, das oft auch neben fest, flüssig und gasförmig als der vierte Aggregatzustand bezeichnet wird. Im Weltraum ist das Plasma der Normalzustand, wie u.a. in Sternen, im interplanetaren und interstellaren Raum. Auf der Erde nutzt man Plasmen beispielsweise in Leuchtstofflampen und zur Chipherstellung. Bei staubigen Plasmen werden zusätzlich noch mikrometergroße Teilchen ins Plasma eingebracht. Das Verhalten dieser Partikel in einem Plasma ist besonders interessant, da solche partikelhaltigen Plasmen auch in Kometenschweifen, den (Staub-)Ringen von Planeten und plasmatechnologischen Prozessen zu finden sind.
Bei Experimenten an staubigen Plasmen auf der Erde ist die Schwerkraft oft ein großes Problem. Sobald man eine größere Staubwolke erzeugen möchte, sorgt die Schwerkraft dafür, dass die Wolke am unteren Rand des Plasmas zusammengepresst wird. Auf Parabelflügen können diese Experimente ohne den Einfluss der störenden Schwerkraft durchgeführt werden. Damit werden neuartige Eigenschaften des Staub-Plasma-Systems für Messungen zugänglich.
Auf dieser Kampagne soll weiterhin auf technischer Seite das Zusammenspiel der Zyflex-Plasmakammer mit dem stereoskopischen Kameraaufbau zur dreidimensionalen Teilchenverfolgung erprobt werden. Beides sind zentrale Komponenten für das geplante ISS-Experiment COMPACT (Complex Plasma Facility). Zur Analyse der Stereoskopie-Daten werden Machine-Learning-Methoden entwickelt, die nun bei den Daten aus dieser Parabelflug-Kampagne zum Einsatz kommen sollen und anschließend weiterentwickelt und optimiert werden sollen. Darüber hinaus werden wir zusammen mit der Hochschule Mittweida ein System zur Echtzeit-Datenanalyse installieren und testen. Wir werden weiterhin einen neuen Typ von Dispensor testen, der auch über längere Zeiträume (wie für die ISS) zuverlässig Staub einschütteln kann. Außerdem sollen Prozeduren der Kamaerakalibrierung, der Kameraaufnahme und der Ansteuerung des RF-Generators weiterentwickelt werden.
Wissenschaftliches Ziel ist die Erzeugung sehr ausgedehnter und homogener Staubsysteme. Die Zyflex-Kammer bietet darüber hinaus die Möglichkeit, das Staubsystem durch Veränderung des Elektrodenabstandes zu komprimieren und damit dessen Dichte zu verändern. Wir werden zudem die Entmischungseigenschaften von binären Staubmischungen unter diesen homogenen Bedingungen weiter testen. Außerdem sollen metallbeschichtete Partikel als aktive Teilchen zum Einsatz kommen und so das Verhalten dreidimensionaler aktiver Systeme studiert werden.
Durch die stetige Weiterentwicklung des stereoskopischen Kameraaufbaus, der Plasmakammer, der RF-Ansteuerung und der Machine-Learning-Methoden soll der Weg einem geplanten ISS-Experiment an staubigen Plasmen geebnet werden.