Don Pettit国际空间站微重力流体实验与若干现象的解析

Don Pettit 是美国NASA 的资深宇航员, 2002 年11 月至2003 年5 月, 在国际空间站工作期间, 进行了一系列名为Saturday Morning Science的微重力实验. Don Pettit 实验揭示了微重力下一些令人惊奇的现象, 涉及流体力学、气泡动力学、晶体生长以及运动学的诸多基础问题, 是能够获得的国际空间站为数不多的微重力实验资料, 具有重要研究意义. 实验包括14 组流体实验和7 组力学实验, 而流体实验又大致分为水膜实验和水球实验, 包括大尺寸水膜制备、扩散和对流、Marangoni 对流、薄膜结晶、水球/气泡旋转等. 本文对Don Pettit 实验的流体部分进行了介绍, 并对其中的Marangoni对流和薄膜结晶实验现象进行了解析.     

空间站的流体计量技术

研究和发展载人空间站及其应用,是开发和利用太空资源的关键,也是航天高技术发展的重要标志。如何对空间站的流体进行计量是利用空间站所面临的最重要的课题之一。意大利学者R.Monti,C.Golia在1985年第36届国际航空联合会(IAF-85-36)上建议把这项工作列为空间计划的一部分,并提出和论述了在空间站进行流体计量的一些技术建议和看法。在发展航天高技术的今天,此文值得一读,特刊出译文,以飨读者。     

日本的微重力实验计划

为了更好地开发太空资源,日本宇宙开发事业团等单位最近联合确定了一项新的微重力材料加工实验计划,该计划得到了日本宇宙开发委员会的批准。它包括以下内容: 1.利用MASER进行材料加工实验在1989年瑞典发射的小型火箭MASER上搭载一部实验设备,进行材料加工实验。这一实验计划由日本航空宇宙工业会负责实施。 2.IML(第一次国际微重力实验计划) 这是由美国的NASA、欧洲的ESA和日本宇宙开发事业团共同参加的国际合作开发计划。日本宇宙开发事业团具体负责这一计划的实施。 3.FMPT(第一次空间材料实验)     

国际空间站的空间生物科学技术研究计划

国际空间站 (ISS)是有史以来的第 10个空间站 ,也是迄今为止最大的空间站。目前处在边建设边利用阶段。空间生物科学技术是空间科学的主要内容之一 ,开展其研究也是进行载人空间活动的一个主要因素。美国航宇局 (NASA)将在 ISS上进行生物科学技术研究 ,为此提出了其全面计划 ,该计划涉及生命科学与微重力科学两个领域。1　生命科学领域该领域的计划分为 6个方面 :基础生物学、重力生物学与生态学、生物医学研究与防护措施、空间生理学、三维肿瘤组织培养和离心机生活舱。1.1　基础生物学计划该计划支持基础生物学研究 ,从亚细胞、细胞到…     

微重力环境下导流叶片流体传输速度的试验研究

导流叶片是板式表面张力贮箱的关键部件之一,微重力条件下,它的流体传输性能决定了表面张力贮箱的推进剂管理能力.搭建导流叶片模型试验系统,针对不同截面形状的导流叶片模型的流体传输行为进行微重力落塔试验研究,得到微重力环境下导流叶片流体传输规律.试验结果表明,不同截面形状的导流叶片对流体传输性能有较大影响,合理设计导流叶片截面形状可有效地控制液体传输速度,并且为推力器提供不夹气的推进剂.该试验成果不仅为新型板式流体管理部件优化设计提供参考,同时也为空间环境下流体控制提供了一种新的方法.     

空间站材料科学加工试验炉的选择

对国际空间站上各国准备选用的材料科学试验加工炉进行了介绍. 主要呈现以下特点: 高度集成化的材料制备、测试、分析和处理等综合实验能力; 更高的精度、稳定性以及更长的使用寿命; 模块化、标准化和组合式; 应用遥科学实验技术. 从1998 年开始, 为适应未来中国空间站试验的需求, 发展了几类遥科学的空间加工炉及在长时间无人条件下由机器人照料的任意次更换样品的遥操作原型炉. 提出在中国载人航天工程第三步, 即空间站阶段的前期关键技术预研中, 设计和研发功能专业化, 结构模块化和接口标准化的典型功能实验单元, 通过技术集成可以在短时间内高效可靠地完成空间实验设备的配置、集成化和空间应用.     

微重力环境下蓄液器流体蓄留特性的试验研究

为验证板式贮箱蓄液器的蓄液性能,搭建了蓄液器模型试验系统,针对蓄液器模型的蓄液性能和流体传输行为进行微重力落塔试验研究,得到微重力环境下蓄液器的流体蓄留和传输规律.试验结果表明,相对于楔形蓄液器,双圆锥形蓄液器具有更好的蓄液能力,对于双圆锥形蓄液器,承受侧向加速度时仍具有良好的蓄液能力,合理设计蓄液器结构可有效地蓄留液体并控制液体传输速度.该试验成果不仅为新型板式流体管理部件设计优化提供参考,同时也为空间环境下流体控制提供了一种新方法.     

微重力环境下蓄液器流体蓄留特性的试验研究

为验证板式贮箱蓄液器的蓄液性能,搭建了蓄液器模型试验系统,针对蓄液器模型的蓄液性能和流体传输行为进行微重力落塔试验研究,得到微重力环境下蓄液器的流体蓄留和传输规律.试验结果表明,相对于楔形蓄液器,双圆锥形蓄液器具有更好的蓄液能力,对于双圆锥形蓄液器,承受侧向加速度时仍具有良好的蓄液能力,合理设计蓄液器结构可有效地蓄留液体并控制液体传输速度.该试验成果不仅为新型板式流体管理部件设计优化提供参考,同时也为空间环境下流体控制提供了一种新方法.     

微重力场中通风换热的数值研究

为在地面模拟空间站舱内的流动与换热,以两顶角集中进风,两底角集中出风的通风方式为对象,研究了微重力是条件下复杂深间内的对流换热地面相似模拟问题,采用数值分析方法,分别考察了方腔中无隔离物,有绝热隔离物,有等温隔离物以及有等温悬浮物的几种有代表性的不同情形,给出了每种情形下不同比例模型的流动与换热情况的数值模拟结果,并针对各种不同情形进行了分析说明,分析表明,集中通风方式更有利于抑制自然对流的影响。     

方柱微结构内气液界面振荡特性数值研究

重力突然下降引起的气液界面振荡和重构对空间流体管理具有重要影响. 考虑到贮箱壁面润湿特性在该问题中的重要作用, 借鉴传热强化领域方柱微结构表面设计思想, 提出一种利用方柱微结构壁面对液体振荡的衰减作用实现空间贮箱被动防晃的方法. 采用流体体积法(VOF)对一种方柱微结构形成的异形基本单元内气液界面振荡特性进行数值模拟, 分析自由液面随时间的变化特征, 并讨论系统振荡频率、阻尼特性等与能量耗散特性密切相关的参数变化规律. 研究发现, 初始液位主要影响液面振幅, 振幅随着初始液位高度的减小而增大, 但是液位过低时振荡过程会出现液面触底而加剧耗散; 接触角对振幅和阻尼比都有影响, 接触角增大, 振幅和阻尼比均有所减小.     

微重力条件下红外材料的空间生长

根据近年红外材料在空间生长的研究概况,分析了涵盖熔体、气相、液相外延和分子束外延等生长方法及各个方法生长红外材料的基本原理,在地面生长遇到的问题,以及在空间微重力环境中进行红外材料生长的优势.同时基于中国利用熔体法在天宫二号上已经进行的ZnTe：Cu晶体的空间生长科学实验及地基实验结果,通过对空间和地面实验结果进行对比,提出了在超高真空环境下,利用分子束外延方式生长高性能、大尺寸红外材料的可能性,以及未来在空间微重力条件下进行红外材料生长的研究方向及具体应用.     

An Outline of Investigation of Space Medicine Problem and Its Mechanism

The human exploration of space is one of the great voyages of discovery in human history. For over forty years space exploration, human have gotten more profound knowledge about outer space and life phenomena, ranging from understanding and recognizing space to adapting and utilizing space. With these development, space medicine that aimed at studying effect of space environment on human health and ensuring the safety, health and effective working of human in space exploration, will become increasingly improved and matured.The contents of research will develop from the early phenomena observation of the effect of space environment on human physiology and biochemistry, and the effect definition, to the study of the mechanism of changes of cell, molecule, and gene, from the passive adaptation for space environment to taking the initiative countermeasures, in order to ensure the safety, health and effective working of astronauts during space flight.Space practices in the past forty years have confirmed that a variety of physiological and pathological changes have been found for organism exposed to space flight. These changes include cardiovascular dysfunction, bone loss,muscle atrophy, decline of immune function, endocrine function disorder and space motion sickness. In recent years, more attention has been focused on the study of the mechanism of these changes, especially the effects of space environment on cell, molecule and its gene expression. With the demand of China's manned space engineering task and continuous development, a series of studies on medical problem caused by space environment have been carried out.     

中国返回式卫星的搭载任务—空间生命科学试验

自１９８７年以来,为充分利用中国返回式卫星的剩余载荷能力,有计划地以搭载形式进行了一系列空间科学和技术试验,取得了较好的效果,文章简要介绍了在空间生命科学试验方面取得的成果。