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pfs官网(www.flacoin.vip):空间站焦点舱发射在即,为什么我们非要去太空做实验?

admin2021-04-2933

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出品:科普中国

制作:韩培、张伟(中科院空间应用工程与手艺中央)

监制:中国科学院盘算机网络信息中央

空间站“天和”焦点舱准备好了!

据中国载人航天工程办公室新闻,焦点舱发射已经进入倒计时,将于2021年4月尾发射。这意味着,我国空间站建设序幕也即将拉开,这将是中国载人航天又一个里程碑。

中国天宫空间站将于2022年前后正式完成在轨制作义务,成为耐久有人照料的国家级太空实验室,支持开展大规模、多学科交织的空间科学实验。

中国空间站“天宫”(图片泉源:中国载人航天工程办公室)

空间站特殊的位置,将为开展太空实验提供条件,好比微重力环境。

一提到太空,人人就会浮现出航天员在空间站中飘来飘去的样子,似乎完全脱离了重力的限制。着实,宇航员在太空舱内并不是零重力而是处于微重力状态

根据“微重力”术语的英文“Microgravity”的原意,它是指该环境中的重力水平为地球外面处重力的百万分之一,现在也有许多广义的明晰,把微重力明晰为细小重力(或者说“低重力”),此时低重力的值通常为地面重力的万分之一。

微重力条件若何形成的呢?

图片泉源:作者自制

微重力环境下,地球上常见的物理征象会发生不能思议的转变。

水酿成了水珠 可以当乒乓球打(图片泉源:http://www.sohu.com/a/217990314_269042)

你要是一哭眼泪就挂在脸上 (图片泉源:http://www.sohu.com/a/217990314_269042)

喝水酿成吃水珠 (图片泉源:https://www.bilibili.com/read/cv158556/)

这些征象就是物理学中所指的空间微重力物理效应。

空间微重力物理效应泛指在空间微重力环境中差异于重力环境下基本物理效应,主要包罗液体和气体由重力导致的自然对流基本消除、液体中浮力消逝、由于物质密度差异引起的沉浮和分层征象也消逝等征象。

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那么,在这么特殊的微重力环境下能够开展一些什么样的科学研究呢?

微重力条件下的流体

微重力流体物理研究微重力下游体(液体、气体及其多相夹杂物)的流动、形态、相变的纪律和机理。在微重力下重力引起的浮力对流、密度分层、沉降、流体内部静压及压力梯度等效应基本消逝,而一些次级效应凸显,流态和热质输运显示出新特点。

微重力流体物理研究的内容包罗界面征象、多相流、庞大流体等。这一领域的研究对生长先进的空间流体治理、热治理等航天手艺有十分主要的作用,其研究功效对改善地面石油、化工、制造等产业的生产历程将做出努力孝顺。

空间流体物理的主要研究内容包罗微重力流体动力学、两相流、相变传热及其应用研究、庞大流体等。

举个例子,我国天宫二号搭载的液桥液毛细对流实验,对空间环境流体的流动和耗散机理的基础研究,对人类熟悉和掌握空间流体的运动纪律有主要意义。

在天宫2号上天生的大尺寸液桥(图片泉源:中国科学院空间应用工程与手艺中央)

微重力条件下的质料制备

不止是流体,质料科学在太空中也大有可为。

在微重力条件下,基于地面质料制备的对流控制、扩散机制、凝固历程和缺陷形成等不再适用。探索微重力条件下的质料制备历程能够深入明晰响应物理纪律,发现新的科学问题,研制出地面难以制备的新质料。

微重力条件还便于实现样品悬浮的无容器加工,为缔造极端热力学非平衡条件下的质料研究和准确的质料热物性丈量提供了有利条件。微重力下可以研究金属、非金属和复合质料等险些所有质料,包罗晶体、半导体、超导、磁性、影象、热电等种种功效质料,金属合金、泡沫多孔和复合质料,以及陶瓷、玻璃等结构质料。

质料是国民经济的基石,新质料是所有能手艺和高端制造业的基础。空间质料科学是深入开展质料科学研究的怪异途径,可能获得地面难以生产的先进质料和地面难以正确丈量的主要参数,生长质料科学手艺,为我国确立新的质料产业系统做出孝顺。

空间质料科学领域包罗两个主要研究偏向:一是在清扫重力影响下研究质料的制备历程纪律及质料的结构和性能转变;二是空间应用质料在高能粒子和紫外辐照、原子氧侵蚀、崎岖温交变循环等空间环境下的使役行为。

主要研究内容有生长(凝固)界面稳固性与缺陷控制,过冷、形核与晶体生长历程,相星散与群集行为,高性能质料空间制备及工艺研究、熔体物理性子丈量与研究、质料在空间环境下的行为特征等。

空间微重力资源是一种极其有用但在地球上不能获得的稀缺资源,我国空间站发射升空之后,在太空环境中行使微重力条件举行各项科学研究将为我国各领域科研与应用做出重大孝顺。

中国空间站密封舱内的空间实验柜(图片泉源:中国载人航天工程办公室)

中国空间站舱外露出实验平台(图片泉源:中国载人航天工程办公室)

面临神秘又引人的太空,中国航天事情者们从未住手探索的脚步,让我们追随他们的措施,展望中国航天事业的明天!

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