冷原子干涉重力仪在深空环境下的微重力探测

主要介绍了冷原子干涉的基本概念和原子干涉重力仪的发展;介绍了原子干涉的基本原理和在微重力环境下原子干涉重力仪的优势;阐述了国际上微重力环境下原子干涉重力仪的研究现状及其可能的应用。相对其他重力仪而言,原子干涉重力仪成为深空重力场测量的上佳选择,并且深空微重力环境可以有效延长原子干涉仪的干涉时间,提高仪器灵敏度。     

微重力下相变储能单元融化过程数值模拟

为探究微重力环境中,通过肋片强化了传热的相变储能单元中相变材料融化过程,通过数值模拟方法探究了微重力作用时相变材料融化过程中传热特性。通过地面实验与重力作用下数值模拟结果对比验证数值模拟方法的准确性,对比重力和微重力作用2种情况下数值模拟结果以揭示微重力环境中相变材料融化过程的特性。结果表明,当相变储能单元受微重力作用时,相变材料融化速率明显下降,热量主要通过热传导传递,融化的相变材料从顶端膨胀溢出向空间扩散,局部低温区域在相变储能单元中上部。      

空间电磁悬浮线圈参数与悬浮力

以中国空间无容器材料实验装置为应用背景, 重点探讨了电磁悬浮线圈结构参数对线圈内部空间的感生磁场分布情况及电磁悬浮力的影响规律, 研究了悬浮力场分布与匝数、初匝线圈半径、锥角、线圈间距、螺距等结构参数之间的关系, 并通过实验验证了计算的正确性. 为空间电磁悬浮线圈的设计提供了理论参考依据.      

航天器交会对接中液体燃料晃动等效模型研究

以航天器交会对接过程中的平移靠拢段作为背景,研究适用于零重力和微重力环境下液体运动的等效力学模型.以欧空局无人货运飞船(ATV,automatic transfer vehicle)中建立的等效模型为参考,提出一种适用于零/微重力球形贮箱中液体晃动的弹簧-质量等效力学模型.该模型的各个参数通过将基于CFD计算的参数辨识方法和用于常重力液体晃动的传统建模方法结合运用来获取.对该模型进行介绍,然后描述等效模型参数的获取方法,并利用虚功率原理推导了晃动力和力矩的求解方程.通过与CFD软件Flow-3d的结果进行对比,对这种建模方法的可行性和准确性进行了分析.     

空间细胞生物学研究的新进展

空间环境对细胞的影响,对于人类进行长时间探索太空,研究揭示生命的秘密有着重要的意义。而先进的空间细胞培养技术及先进的细胞智能传感技术为我们提供了新的研究手段。文章总结了世界各国近期空间及地面的细胞生物学技术突破及成果,归纳了我国进行空间细胞生物学的研究现状,指出了未来空间细胞生物学的研究热点,给出了空间细胞仪器的设计策略。     

模拟微重力对人骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化中细胞信号通路影响的分析

通过模拟来研究微重力对hMSC向成骨细胞分化的影响,并利用相关信号通路的激活剂或抑制剂来调节这一分化过程.研究结果表明,在成骨细胞分化诱导条件下,微重力降低了hMSC向成骨细胞定向分化的能力,并且成骨细胞标记性基因的表达明显降低, Runt相关转录因子2(Ruax2)的表达受到抑制.相反,过氧化物酶体增殖激活受体γ(PPARγ2)的表达则增加.同时,微重力也降低了ERK的磷酸化水平,而增加了p38MAPK的磷酸化水平.使用p38MAPK的抑制剂SB203580能够抑制p38MAPK的磷酸化,但不能降低PPARγ2的表达水平.骨形态发生蛋白(BMP)能增加Runx2的表达水平.成纤维细胞生长因子2(FGF2)增加了ERK的磷酸化水平,但也不能显著增加成骨细胞标记性基因的表达水平.采用BMP,FGF2和SB203580三种因子组合来调控微重力下的成骨细胞分化能力,结果表明三者的协同作用能显著逆转微重力对成骨细胞定向分化的生物学效应.研究结果还说明,模拟微重力应该是通过不同的细胞信号通路来抑制成骨细胞分化和提升脂肪细胞分化的.      

过冷核态池沸腾中的Marangoni效应

分析了过冷核态池沸腾过程中气泡横向运动现象,指出其成因在于相邻气泡界面温度差引起的Mara-ngoni对流对周围液体的吸引.通过对该流动的尺度分析,得到了气泡横向运动特征速度及其可观测度的估算公式,其预测结果与实验观测相一致.特别是对极细小的初始核化气泡,该公式预测了强烈的横向Marangoni对流会导致气泡顶端微射流的形成.该效应在加热面水平向下或微重力沸腾等气泡脱落频率较低的情形中尤为重要.      

微重力环境下蒸发液层热毛细对流的数值模拟

提出了一种新模型来研究由单一物质构成的液层在其纯蒸气中的蒸发.液层置于微重力环境中并且受到水平方向温度梯度的作用,液层的热毛细对流和蒸发耦合在一起,使得气液界面的传热传质规律更加复杂.用理论分析的方法求解了不考虑热毛细效应的纯蒸发模型,得出温度场分布和界面质量流量的解析表达式.对于热毛细对流和蒸发耦合情况,采用有限差分的投影算法同时求解Navier-Stokes方程和能量方程,得到了不同蒸发Biot数和Marangoni数下流场和温度场的稳态数值解.论述了蒸发Biot数和Marangoni数对界面传热传质的影响,提出并解释了蒸发和热毛细对流耦合的三种模式.      

蓄液器在板式贮箱中的应用及性能分析

蓄液器是板式表面张力贮箱最重要的组件之一,它即可以和导流板搭配使用,也可以单独使用,来对推进剂进行有效管理。介绍了几种典型蓄液器的结构,在此基础上,介绍了蓄液器的工作原理,以及蓄液器在微重力下工作的基本方程,同时给出了蓄液器的临界加速度、最大蓄液量、临界蓄液量、推进剂残留量、有效蓄液量的求解方法,并采用这些方法对一典型的蓄液器的性能进行了分析。通过这些性能分析,可以为蓄液器的优化设计和微重力试验提供指导和依据。     

落弹舱的微重力环境

本文首先建立了分析落弹舱运动的各种坐标系,给出了解算姿态运动参数的数学模型.然后根据落弹舱微重力加速度的物理背景,对其微重力环境进行了数学描述和物理解释,推导了舱内任意部位微重力加速度表达式,阐明影响微重力环境的主要因素是气动阻力和姿态角运动.最后分析和近似估算了落弹舱的微重力水平,给出了气动阻力对落弹舱微重力水平影响的数值计算结果:平流层气球在30km以上释放落弹舱,优于5×10-2g的微重力持续时间超过30秒.