Исследование плазменно-пылевых кристаллов и жидкостей в

Исследование плазменно-пылевых кристаллов и жидкостей
в условиях микрогравитации на РС МКС
(Плазменный кристалл), 30 исследований
Постановщик(-и):
В.Е. Фортов, академик РАН, ОИВТ РАН, г. Москва

Конусы Маха-ПК; МКС 21/22 – 25/26
Область исследования Физика плазмы
В целом эксперимент «Плазменный Кристалл» включает в себя 30 исследований.
Эксперимент выполняется в рамках международного сотрудничества с Немецким
космическим агентством (ДЛР), обществом М.Планка (Институт внеземной физики,
Германия) и Европейским космическим агентством (ЕКА).
Конусы Маха-ПК
Целью космического исследования «Конусы Маха-ПК» является исследование
взаимодействия одиночной частицы, движущейся со скоростью, превышающей скорость
пылевого звука в большой трёхмерной плазменно-пылевой системе.
На установке «ПК-3 Плюс», находящейся на борту Международной космической станции,
исследовано движение крупной частицы в объеме пылевого кристалла, образованного
отрицательно заряженными малыми частицами. С помощью регистрации конусов Маха,
возбуждаемых крупной частицей во время ее движения в объеме протяженного облака
частиц при числе Маха не более трех, измерена скорость звука, соответствующая
пылезвуковым колебаниям.
Использование результатов эксперимента на Земле
Эксперимент имеет большое значение для фундаментальной науки, поскольку в условиях
микрогравитации открываются возможности обнаружения совершенно новых эффектов в
плазме с заряженными твердыми макрочастицами.
Результаты
Продемонстрирована эффективность прямого измерения скорости пылевого звука в 3D
плазменно-пылевой системе методом измерения угла Маха, который составляет
половину угла раствора конуса Маха.
Скорость крупной частицы превышала 35 мм/с. Измеренная скорость звука составляла 20
– 30 мм/с, т.е. крупная частица двигалась в сверхзвуковом режиме с числом Маха,
изменявшемся от 2,8 до 1,3.
1
Фотография облака пылевых частиц, полученная квадрантной камерой с полем обзора – 35,7х26,0 мм.
Слева наблюдается короткий трек на участке вхождения крупной частицы в пылевое облако. Как видно
из фотографии, движение частицы сопровождается возникновением конуса Маха. Показанные на
рисунке конусы получены вычитанием двух последовательных кадров видеосъемки. Видно, что проекции
двойного конуса на плоскость несколько отличаются от прямых линий.
Публикации
1. M. Schwabe, K. Jiang, S. Zhdanov, T. Hagl, P. Huber, A.V. Ivlev, A.M. Lipaev, V.I. Molotkov,
V.N. Naumkin, K.R. Sutterlin, H.M. Thomas, V.E. Fortov, G.E. Morfill, A. Skvortsov and S. Volkov,
Direct measurement of the speed of sound in a complex plasma under microgravity conditions,
Epl 96 (5), 55001 (2011).
2. K. Jiang, V. Nosenko, Y.F. Li, M. Schwabe, U. Konopka, A.V. Ivlev, V.E. Fortov, V.I. Molotkov,
A.M. Lipaev, O.F. Petrov, M.V. Turin, H.M. Thomas and G.E. Morfill, Mach cones in a threedimensional complex plasma, Epl 85 (4), 45002 (2009).
2