År av förberedelser, och finalen är över om sex minuter. Denna månad kommer en sondraket att skjuta upp två ESA-experiment till en höjd av 260 km för att ge sex minuter av viktlöshet när de fritt faller tillbaka till jorden.

Raketer som bär satelliter i omloppsbana skjuts vanligtvis upp från platser runt ekvatorn, såsom Europas rymdhamn i Kourou, Franska Guyana. Det finns alternativ för experiment i mikrogravitation och ESA driver Maser-kampanjer från Esrange Space Center i Sverige, skjuta upp 400 kg vetenskaplig utrustning till himlen.

Årets kampanj kommer att vara värd för undersökningar som tittar på de finare detaljerna i metallgjutning och hur vätskor avdunstar.

Avdunstar nanovätskor

Temperaturkontroll är en konstant oro för ingenjörer på jorden, men ännu mer i rymden där den extrema miljön kräver innovativa lösningar för att hålla utrustning och astronauter vid rätt temperatur.

ARLES-experimentet (Advanced Research on Liquid Evaporation in Space) undersöker hur vätskor avdunstar i mikrogravitation. Forskningen fokuserar på att förstå hur vätskor bäst kan användas för att överföra värme och kan hjälpa till att förbättra termiska kontrollsystem i rymden.

Experimentet kommer upprepade gånger att förånga droppar på mindre än 10 mikroliter i mikrogravitation under olika förhållanden - inklusive att lägga till ett elektriskt fält till blandningen - för att se hur de beter sig. Infraröd video och interferometrar registrerar processen för forskare runt om i världen att analysera.

En vätska kommer att innehålla grafennanopartiklar, ett material som är av särskilt intresse bland vetenskapssamfundet. Experimentet kommer också att öka förståelsen för hur nanopartiklar i vätskan täcker ytor när vätskan avdunstar.

Daniele Mangini, ESA:s vetenskapskoordinator för experimentet säger, "Denna teknik kan vara ett nytt sätt att skapa smarta beläggningar, membran och sensorer och till och med skapa komplexa nanostrukturer. Nanopartiklar är svåra att testa i den slutna miljön på den internationella rymdstationen, så en klingande raketkampanj är idealisk för detta experiment.

"Viktlöshet är nödvändig för denna analys. På jorden, gravitationen gör att avlagringarna sprids ojämnt, vilket ofta är skadligt för applikationer. Det är svårare att undersöka de bakomliggande fenomenen eftersom många effekter, såsom sedimentering, termokapillaritet och naturlig konvektion gör det svårt att fokusera på det vi är intresserade av att forska om.

"De sex spännande minuterna i mikrogravitation kommer att tillåta det vetenskapliga teamet att reda ut processerna, hjälpa till att förstå karakteristiska signaturer under avsättning av nanopartiklar och självmontering."

Växande metallkristaller

I det andra ESA-experimentet, partiklar kommer också att läggas till en smält metallegering för att förbättra de resulterande egenskaperna. XRMON-experimentet är ett återkommande flygblad på sondraketer och undersöker hur metallegeringar bildas, vi försöker förbättra de material vi använder i vårt dagliga liv.

På denna 14:e Maser-kampanj kommer en 0,2 mm tunn bit av aluminium-kopparlegering att smältas och sedan stelna i viktlöshet. En röntgenstråle kommer att belysa metallprovet och en kamera kommer att spela in det, liknande en medicinsk röntgen.

"Vi lär ut hur metaller stelnar för studenter på universitetet, och detta låter oss verkligen se det hända, i tyngdlöshet", säger ESA:s vetenskapskoordinator för detta experiment Wim Sillekens.

Forskare är intresserade av hur mikrostrukturer bildas när metallen stelnar.

"På jorden, kristallerna i denna legering kommer att stiga i vätskan när de bildas – ungefär som hur iskristaller av vatten blir isbitar och kommer att stiga till toppen av din drink, fortsätter Wim, "i tyngdlöshet finns det ingen flytkraft - i rymden skulle en isbit stanna kvar i din drink - vilket gör att vi lättare kan undersöka kristallbildningsprocessen."

XRMON-experimentet kördes på Maser 12-kampanjen 2012, och sedan på Maser 13-kampanjen 2015, men med olika parametrar som gör det möjligt för forskare att jämföra data och den gjutna legeringen för att ytterligare förbättra teknikerna.

Jordnära

Det tar bara 45 sekunder för Maserraketen att lämna atmosfären och den landar tillbaka på jorden på mindre än 15 minuter. Fallskärmar sätts ut för att minska påverkan av landsättning till 30 km/h i Sveriges vildmark.

Antonio Verga, ESA:s chef för icke-rymdstationsnyttolaster och plattformar, säger "Helikoptrar kommer att returnera experimenten till Esrange och hela processen kommer att slutföras på två timmar, men de unika resultaten ger vanligtvis många år av data att bearbeta och analysera!"

Flygningarna är en del av ESA:s SciSpace-program som gör det möjligt för forskare att utföra experiment i förändrad gravitation – från hypergravitation till den internationella rymdstationen – för att undersöka vårt universum och förbättra tekniken vi använder i rymden och i vardagen. Ytterligare en klingande raketkampanj kommer att hållas i oktober i år.

En annan plattform för experiment med mikrogravitation är Space Rider-laboratoriet. Ska avfyras på en Vega-C raket, det högteknologiska rymdlaboratoriet kan få plats med upp till 800 kg nyttolaster i den miljökontrollerade lastplatsen som kommer att köras i låg omloppsbana om jorden i minst två månader innan den återförs till jorden.

Som klingande raketer, Space Rider kommer att möjliggöra en rad experiment i mikrogravitation och öppna möjligheter för utbildningsuppdrag, med start 2022.