微重力环境下植物培养箱设计

基于空间微重力下植物的生物学效应及其微重力信号转导研究需要,在微重力条件下培养拟南芥,获得经微重力条件生长的拟南芥样品.在空间实验过程中实时采集、存储和传输植物样品的数字图像,并根据生物样品的生长周期对生物样品进行低温固定和储存,再由返回式卫星带回地面,开展微重力植物生物学效应研究.      

重力对单气泡生长特性的影响

采用VOF (Volume of Fluid)多相流模型, 通过用户自定义函数UDF (User Defined Function)实现相变过程中质量和能量的输运, 对微重力条件下尺寸为10mm × 10mm × 25mm的矩形通道的池沸腾现象进行数值模拟, 得到了微重力及常重力作用下单个气泡生长特性的差异. 模拟结果表明, 微重力条件下气泡周围的流线与温度场的分布有显著差异; 由于表面张力作用, 微重力下的气泡脱离特性与常重力下不同; 在微重力条件下, 气泡直径的变化比较复杂, 并与重力加速度的大小有关; Marangoni流对微重力下的流动影响很大, 使换热系数波动, 而且波动的幅度随重力加速度的减小而增大.      

微重力环境下的表面张力及无接触测量

表面张力是材料重要的物理化学参数之一, 尤其在微重力条件下, 由表面张力引起的科学现象一直备受关注. 静滴法是地面重力条件下进行熔体表面张力测量的主要方法, 该方法的测量结果精确, 但在微重力环境下该法应用尚存在一些问题. 本文基于对表面张力理论的思考, 阐述了对其测量方法的认识和见解, 并讨论了地面上采用静滴法对熔体的表面张力进行测量研究以及静滴法在微重力条件下应用的困难. 进而介绍了利用悬浮技术进行熔体表面张力测量的无接触测量方法, 特别介绍了电磁悬浮法, 该法避免了由于容器接触带入杂质所引起的误差, 尤其在微重力条件下消除了重力的影响, 测量精度得到显著提高.      

空间微重力条件下碲镉汞晶体的布里支曼生长

在中国返回式卫星上进行了一台双温区空间晶体生长炉的搭载试验，成功地实现了空间微重力条件下碲镉汞晶体的布里支曼生长，取得了一些有意义的结果。文章介绍了这种晶体炉的设计和空间试验的过程；分析了回收样品的主要测试结果；并对空间材料加工装置的设计和一些相关工艺问题进行了讨论     

微重力下胶原蛋白纤维化及羟基磷灰石结晶的初步研究

在长期空间飞行过程中, 骨质丢失是一个严重问题. 羟基磷灰石(HAP)晶体是骨骼的主要成分, 骨骼中的胶原蛋白纤维在HAP生长结晶过程中起到关键作用. 研究了胶原蛋白纤维化过程在模拟微重力和常重力条件下的变化, 对以胶原 蛋白纤维作为模板生长出的HAP晶体形貌进行了观察. 结果表明, 不同浓度胶原蛋白溶液中形成的胶原蛋白纤维, 其内部孔隙数量和尺寸在模拟微重力条件下要明显大于常重力条件下, 胶原蛋白纤维内部孔隙的分布也不同于常重力条 件下的结果. 以模拟微重力条件下形成的胶原蛋白纤维为模板生长出的HAP 晶体主要为立方体状, 而以常重力条件下形成的胶原蛋白纤维为模板生长出的 HAP晶体形貌主要为板状. 该结果有助于未来进一步阐明空间骨质丢失的机理.      

微重力对拟南芥长势影响的代谢网络流平衡分析

微重力作为典型的空间环境因素,对植物生长发育的影响机制是空间生命科学的研究热点。微重力环境直接或间接影响植物代谢,并引起许多生理适应。 随着系统生物学的发展,代谢网络模型使微重力环境下的植物代谢建模成为可能。采用流平衡分析方法对模式植物拟南芥不同组织的代谢网络进行分析,研究微重力对拟南芥生长发育的影响机制。通过比较空间与地面条件下拟南芥的生物质产量,发现空间条件下拟南芥黄化幼苗、幼苗、芽、根、下胚轴的生物量分别下降了33.00%,51.52%,6.89%,12.53%,11.70%,与空间环境下拟南芥的长势变化趋势一致。代谢通路富集分析发现,微重力使得拟南芥的碳固定等通路下调,而磷酸戊糖途径上调,初步解析了微重力对拟南芥生长发育的影响机制,也验证了流平衡方法用于微重力生物学效应研究中的可行性。      

微重力环境中哺乳动物细胞分子生物学效应研究进展

随着载人航天事业的不断发展,空间失重环境引起的航天员健康问题（心血管疾病、免疫抑制、肌肉萎缩、骨质疏松等）日益突出,这已成为人类探索空间的一大阻碍.越来越多的研究关注到微重力条件下机体及细胞的变化.近期的研究表明,在细胞水平上,微重力会引起细胞降解,改变细胞骨架,并造成细胞在分子水平（如细胞增殖、分化、迁移、粘附、信号转导等过程）的一系列改变.本文对微重力条件下免疫细胞、内皮细胞、骨细胞、癌细胞的相关研究进行了归纳总结,研究结果可为微重力条件下机体及相关细胞的研究提供指导,为治疗或缓解微重力条件造成的疾病提供方法和思路.      

空间微重力条件下偏晶合金的研究

利用我国首次卫星搭载,进行了偏晶合金Zn—Pb、Al—Pb 的空间微重力下的重熔试验,研究了低于临界温度下Al—Pb 合金重熔过程中的物理规律;在临界温度之上重熔了Zn—Pb 合金,发现了Marangoni 对流对合金凝固过程的影响;在液态烧结条件下制备了均匀的粉末Zn—Pb 合金。在微重力下的研究表明:空间微重力条件对消除由于重力引起的宏观偏折和自然对流十分重要,但在重力消失后,非重力的其它因素的影响又显得格外重要。     

微重力下层流扩散火焰碳烟生成过程

根据详细的燃料氧化机理和多环芳烃生成机理，对乙烯同轴射流火焰在重力变化下碳烟生成情况进行计算.认为碳烟的初始成核是由两个较大的多环芳烃（PAH）二聚而成，碳烟的表面生长机理为HACA，凝结过程主要考虑PAH与碳烟的碰撞吸附，碳烟生长和氧化过程耦合在分节气溶胶模型中.计算结果表明，微重力条件下乙烯同轴射流火焰峰值温度下降230K，碳烟浓度显著增加，且浓度峰值在微重力条件下更加偏离中心线.分析重力变化对碳烟前驱体乙炔和多环芳烃的分布、初始成核速率、表面生长速率及凝结速率的影响.结果表明碳烟在中心轴线上主要是通过凝结过程生成的，且微重力条件下PAH在碳烟表面的凝结更加重要.由于微重力条件下停留时间更长，导致碳烟直径更大.      

悉数实践-10卫星的"第一"头衔

1 我国第一颗专门的微重力科学实验卫星 实践-10返回式科学实验卫星是为开展多项"微重力科学和空间生命科学"空间实验而专门量身定做的返回式卫星.卫星的承载能力、微重力水平、实验载荷服务支持能力等较以往返回式卫星均有进一步提升,是我国新一代具有安全回收、适应中长期在轨试验、应用灵活和成本低廉的空间科学实验平台.在结构布局上,它充分继承了以往返回式卫星的结构特点,外形是一个圆柱圆锥组合体,内部则是由4个舱段构成的仪器舱及返回舱.根据任务要求,实践-10卫星在轨道设计上也进行了调整,由以往返回式卫星的椭圆轨道变为圆轨道,这一改变,大大提高了微重力水平,为更好地开展微重力环境下的科学实验提供了有力的支撑.     

空间用石英挠性加速度计摆片断裂特性研究

空间用石英加速度计是以熔融石英玻璃经特种加工形成石英挠性摆作为主要结构。石英材料很脆,石英加速度计在空间振动、冲击、高低温变化等恶劣环境下使用,容易造成摆片挠性支撑处断裂。文章通过试验,对其进行了断裂特性研究,获得了一系列重要数据和结论,可为空间用石黄挠性加速度计的设计与应用提供参考。     

5MHz空气隙石英谐振器的研制

通常的高精密石英谐振器采用的是电极膜直接被在石英晶体谐振片上,玻璃壳火封或冷压焊封装结构。本文介绍一种结构全新的高精密石英谐振器的设计、工艺和性能。它的电极膜是被在靠近石英晶体谐振片的上下二个电容器上,电极膜与谐振片形成空气隙形状,所以称为空气隙石英谐振器或无电极石英谐振器。它的外壳采用了密封性能很好的金属化氢焊和电子束焊封接装技术,使产品提高Q值和改进老化。尤其是石英晶体谐振片采用了SC切型进一步提高了短期频率稳定度和加速度灵敏度。     

Water movement on the convex surfaces of porous media under microgravity

A plant growth system for crop production under microgravity is part of a life supporting system designed for long-duration space missions. A plant growth in soil in space requires the understanding of water movement in soil void spaces under microgravity. Under 1G-force condition, on earth, water movement in porous media is driven by gradients of matric and gravitational potentials. Under microgravity condition, water movement in porous media is supposed to be driven only by a matric potential gradient, but it is still not well understood. We hypothesized that under microgravity water in void spaces of porous media hardly moved comparing in void spaces without obstacles because the concave surfaces of the porous media hindered water movement. The objective of this study was to investigate water movement on the convex surfaces of porous media under microgravity. We conducted parabolic flight experiments that provided 20–25?s of microgravity at the top of a parabolic flight. We observed water movement in void spaces in soil-like porous media made by glass beads and glass spheres (round-bottomed glass flasks) in the different conditions of water injection under microgravity. Without water injection, water did not move much in neither glass beads nor glass spheres. When water was injected during microgravity, water accumulated in contacts between the particles, and the water made thick fluid films on the particles surface. When the water injection was stopped under microgravity, water was held in the contacts between the particles. This study showed that water did not move upward in the void spaces with or without the water injection. In addition, our results suggested that the difficulty of water movement on the convex (i.e. particle surfaces) might result in slower water move in porous media under microgravity than at 1G-force.     

石英玻璃的等离子体抛光技术研究现状

具有耐腐蚀、热膨胀系数低等诸多优良物理化学特性的石英玻璃在高性能光学系统中被广泛使用。要求元件达到纳米级别的表面粗糙度，而且没有损伤层和残余应力，因此精加工之后的超精密抛光工序尤为重要。本文介绍了气囊、磁流变、弹性发射、离子束等几种石英玻璃的精密抛光方法，侧重阐述了国内外等离子体的抛光技术，包括等离子体辅助化学刻蚀、等离子体喷射加工、等离子化学蒸发加工研究进展及取得的成果；且对等离子体的未来发展进行概述。     

Biological dosimetry to determine the UV radiation climate inside the MIR station and its role in vitamin D biosynthesis

The vitamin D synthesis in the human skin, is absolutely dependent on UVB radiation. Natural UVB from sunlight is normally absent in the closed environment of a space station like MIR. Therefore it was necessary to investigate the UV radiation climate inside the station resulting from different lamps as well as from occasional solar irradiation behind a UV-transparent quartz window. Biofilms, biologically weighting and integrating UV dosimeters successfully applied on Earth (e.g. in Antarctica) and in space (D-2, Biopan I) were used to determine the biological effectiveness of the UV radiation climate at different locations in the space station. Biofilms were also used to determine the personal UV dose of an individual cosmonaut. These UV data were correlated with the concentration of vitamin D in the cosmonaut's blood and the dietary vitamin D intake. The results showed that the UV radiation climate inside the Mir station is not sufficient for an adequate supply of vitamin D, which should therefore be secured either by vitamin D supplementat and/or by the regular exposure to special UV lamps like those in sun-beds. The use of natural solar UV radiation through the quartz window for ‘sunbathing’ is dangerous and should be avoided even for short exposure periods.     

小型BVA 石英谐振器的研制

传统的BVA石英谐振器在老化率和Q值方面具有优良的性能,但其体积大,抗振可靠性较差,限制了其推广和应用。本文介绍了一种新结构的BVA石英谐振器,通过优化电容片和石英晶片的结构设计,研制出更小尺寸的异型石英晶片和电容片,整个小型BVA谐振器的尺寸减小到HC-40/U,性能指标与传统BVA石英谐振器相当,同时具有较高的抗振可靠性。     

石英热释光的超线性性能研究

根据石英110℃热释光技术原理,推导了热释光测量方法的数学表达式,研究了石英热释光超线性相关特性。结果表明：石英热释光的超线性指数随辐照剂量的变化而变化,线性指数最大可以超过4,最小只能接近0。当前剂量特别大或热处理温度特别高时,T₂陷阱被完全填满,竞争消失,热释光的超线性随之消失。     

密封材料空间环境失效分析

对空间环境造成载人航天器密封材料的各种失效机理进行了分析。材料低温脆化,高温时表面脆化;真空时材料内挥发成份的溢出,使材料渗透性增大;辐照使密封件失去弹性：这些是空间环境中温度、真空和辐照使密封失效的主要原因。真空条件下,密封件挥发成份中的可凝物在光学元件表面的凝聚从而破坏表面光学特性,是密封设计中一个值得重视的现象。     

任意转角石英晶片电弹常数的快速计算

电弹常数是描述压电材料最重要的常数,压电元器件的设计以其所用压电材料的电弹常数为基础。石英晶体是目前应用最广的压电材料,由于晶体的各向异性,其电弹常数的值随品片的切割方位而变,且通常须用矩阵表示。因此,任意切型和切角的电弹常数计算就变得非常复杂。本文对任意切型的电弹常数归纳了一种简便的计算方法并在微机上编出了相应的程序。通过运行本文工作的程序,即可随时得到任意切型及切角电弹常数的理论值,这样就可为研制和设计工作提洪可靠的理论依据,并节省大量的人工计算时间。     

熔融石英半球谐振子亚表面缺陷的湿法刻蚀工艺

为了提高半球谐振子的品质因数,提出采用湿法刻蚀的方法去除半球谐振子亚表面的微缺陷。通过研究熔融石英材料的湿法刻蚀机理,在专用半球谐振子湿法刻蚀设备上能够稳定实现半球谐振子亚微米刻蚀精度,半球谐振子经过湿法刻蚀后表面粗糙度优于100nm,半球谐振子Q值能够提高至2000万以上,半球谐振子频差变化小于0.03Hz。