微重力环境

摘要： 太空课堂,播下的是种子,点燃的是梦想岚山撰文介绍:"欢迎来到‘天宫课堂’!"12月9日16时许,随着一声清脆的声音,神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富的"天宫课堂"第一课正式开讲。在大约60分钟的时长里,三位"来自天上的老师"介绍展示了空间站工作生活场景,演示了微重力环境下细胞学实验、人体运动、液体表面张力等神奇现象,让人仿佛置身于浩瀚太空之中,领略宇宙无穷的奥秘。

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摘要： 微重力流体物理主要研究微重力环境中流体的行为及运动规律以及重力变化对运动规律的影响.微重力环境中,浮力对流、重力沉降及分层、液体静压等极大地减小,地面重力效应掩盖的次级效应凸显,从而影响或改变流体运动机制与行为.微重力流体物理研究关注微重力环境(包括低重力环境)中液体、气体或多相混合物以及分散体系等物质的流动、形态、相变及其运动规律和机理,特别是在微重力环境流体热质输运表现出的新现象和新规律以及物理形态变化表现出的新机制.微重力流体物理服务于航天器极端条件下的热质管理与输运、空间材料制备等空间应用,具有极强的应用背景,其典型科学问题包括如下内容.

摘要： 随着绿色经济的发展,有着数千年历史传承的中国传统“植物染”技艺再次回到人们的视野3月23日,天宫课堂第二课开讲。“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站再次为广大青少年带来一堂精彩的太空科普课。在约45分钟的授课中,3位航天员相互配合,生动演示了微重力环境下太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验和太空抛物实验,讲解了实验现象背后的科学原理,展示了部分空间科学设施,介绍了空间站的工作生活情况。授课期间,航天员通过视频通话形式与地面课堂师生进行了互动交流。

摘要： 2021年12月9日15时40分,“天宫课堂”第1课正式开讲,这是中国空间站首次太空授课活动。在这次授课活动中,神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富展示了空间站工作生活场景,演示了微重力环境下细胞学实验并展示了太空转身、浮力消失、水球光学、泡腾片等神奇科学现象。这些实验“新奇”的现象引发了社会各界,尤其是青少年对于载人航天、科学实验的极大兴趣。中国科学技术馆作为地面主课堂,参与到整个地面课堂的组织实施当中。地面主课堂力求通过构建一个沉浸式的学习环境,鼓励每位同学亲自动手,在太空教师的带领下同步开展地面实验,通过天地对比的现象差异,直观地了解每个实验背后的科学原理。

摘要： 2021年12月9日,天宫课堂新教室揭幕。航天员翟志刚、王亚平、叶光富在崭新的中国空间站天和核心舱中,为全国青少年带来了一堂生动的科学课。3位航天员在课上分工协作,展示了一系列日常生活中常见的物质和现象在空间站微重力环境下,呈现出的与地面上完全不同的物理现象,并通过与地面课堂实验的对比,让大家感受了一番“天地大不同”。为什么会有这样的大不同?航天员老师没有直接给出答案,而是通过一些提示启发大家对现象进行仔细的观察和思考。

摘要： 微重力环境下,蛋白质、糖和脂肪三大营养物质的供给和代谢均能满足机体需求.但对于维生素,由于人体不能合成或合成量不能满足机体需要,必须从食物中摄取或由维生素制剂供给.维生素的机体供给已成为航天医药学和营养学的研究热点,特别是叶酸(FA)的机体供给备受关注.

摘要： 为了实现空间微重力环境的模拟,提高地面试验模型和仿真模型置信度,基于重力平衡法,搭建了空间微重力试验环境,研究了如何在虚拟模型和试验模型中对微重力环境进行等效近似.通过环境的有效近似、数据采集合理设置和模态置信因子分析等技术手段进行试验测试,通过采用铺层面板与蜂窝板相结合的有限元模型对太阳翼基板复合材料进行有限元建模以及边界条件的预应力等效法等技术手段,进行有限元分析.试验和仿真分析结果的一致性表明,上述技术手段在太阳翼基板进行模态试验与仿真过程中的有效性.

摘要： 针对微重力环境下液体推进剂剩余量光学测量方法中的线性模型过于简单、实验精度可重复性差的问题,基于剩余量光学测量方法(OMGS)的测量原理,建立了光学测量方法的光吸收三维模型,探讨了液体推进剂剩余量与等效光程长的非线性关系.通过将光吸收模型应用到推进剂球壳模型中,得到在不同剩余量条件下对应光电探测器的输出.并基于蒙特卡洛法对不同形状推进剂模型中的光吸收过程进行仿真模拟.结果表明:球壳模型计算结果与仿真结果变化趋势一致,不同形状模型计算结果变化趋势一致,光线在推进剂中的光线吸收及等效光程长与液体推进剂剩余量成一定的非线性关系.该改进方法减少了模型上带来的系统误差,使该方法精度能在现有传感器基础上得到提高,为将来光学测量方法在在轨航天器推进剂剩余量测量的应用奠定一定的理论基础.

摘要： 亚轨道飞行器在基础科学研究和商业领域具有很强的发展潜力,本项目针对一种类飞机外形的亚轨道客机开展概念研究.该飞行器具有和飞机相似的气动布局,能利用自身携带的两个喷气发动机从民用机场起飞,在到达20km左右的高度时进入抛物线轨道飞行,同时切换到火箭发动机助推模态,在火箭发动机的推动下飞行器将按照预定轨道飞行.然后,飞行器进入再入飞行阶段.在抛物线飞行的过程中,飞行器将经历数分钟的微重力飞行时间,其间乘客可体验失重飞行和观赏太空美景,亦可实施基于微重力环境的科学实验或产品生产.

摘要： 近年来采用光力迫使物体运动的技术逐渐在航天领域中得到应用,例如太阳帆技术,然而这种物体的运动是背向光源的.通过光来实现对物体的吸引一直是人类的梦想,随着光力的证实和激光矢量调制技术的发展,这种梦想逐渐成为可能.作为功率密度最高的光源,用激光牵引物体向着光源运动,通过对激光光场的设计实现光力对微粒的逆光吸引,是目前最前沿的科学研究之一,而这类实验的成功使得科学家们对这种研究的兴趣达到了高峰,并被NSAS认为最有可能实现非接触式吸引物体的超前技术.本文针对激光负向牵引技术展开调研,研究了NASA在该领域的进展情况,分析了该技术在空间微重力环境下的应用前景.

摘要： 微重力环境给人体各个系统带来不同程度的影响,如肌肉萎缩、骨量丢失、心肺耐力下降等,而体育锻炼对人体的影响恰好与之相反,因而目前是最主要的失重防护措施.本文立足运动人体科学与运动训练学,以体育人的视角观察和分析现有的以失重防护为目的在轨锻炼,提出在轨体能训练的说法,分享思考和建议,旨在为相关研究与应用提供参考.

摘要： 鉴于肠道微生物群变化、在轨期间应用抗生素以及空间细菌毒性增加和对抗生素耐药所致的免疫系统可能的改变，肠道微生物组对航天员健康状态的重要性不言而喻。从这个观点，消化系统受损有可能危及航天任务以及航天员的健康。正被考虑的一个对抗措施是通过在任务期间定期的引入免疫增强性益生菌以丰富航天员的肠道微生物组.

摘要： 空间3D打印技术是一种无需模具、非接触、数字化、环保的并代表着先进制造技术发展方向的成型技术.空间3D打印在未来在轨服务与维护、栽人深空探测等重大航天工程中将发挥十分重要的作用.空间3D打印技术关键之一便是空间材料科学研究基础.随着前期探索研究和工程实践的进行,认识到在空间微重力环境下,由于重力和浮力效应大幅减弱,界面和毛细现象凸显,空间3D打印面临与地面显著不同的毛细和界面现象、气液相分布演化等在材料制备过程中的关键问题.为研究空间3D打印技术,需开展空间微重力环境特点研究,比较空间微重力环境和地面环境在浮力对流、两相传热、润湿性、表面张力、燃烧等方面的差异.空间微重力模拟困难,在轨实验成本高昂,目前缺乏全域、精细化测量数据.本文在调研国内外空间3D打印在轨制造技术研究现状的基础上,开展空间3D打印金属/复合材料的初步方案设计;梳理空间3D打印在轨制造材料的特性数据库研究;金属熔化沉积过程中气孔及夹杂的控制;用于在轨制造的复合材料微重力下编织成形特性等各项关键技术;在此基础上提出空间3D打印技术的几点建议.

摘要： 随着载人航天事业的不断发展,航天器内部设备的增多,设备功率的增大,风扇的使用也越来越频繁.本文针对密闭环境微重力条件下不同风扇位置建立流场温度场计算模型,重点研究各设备所带风机对于整个空间流场以及设备本身温度分布的意义,并通过ANSYS软件进行仿真计算,从计算结果可以看出风扇所放置的位置对于整个流场和设备的温度分布有着重要的影响,其相互作用的效果需要依赖具体的安装位置、风扇参数及空间气体流动情况,文中最后以此次计算结果为基础给出密闭空间失重条件下设备风冷设计的指导性意见,这对于载人航天工程中设备的热设计具有极其重要的意义.

摘要： 针对空间微重力下热泵压缩机的承载与润滑,提出了基于气浮轴承的承载与润滑方案,对气浮轴承的静态特性进行了数值仿真分析,并建立了高速气浮轴承试验系统,获取了高速气浮轴承的静态和动态承载特性.证明了所提出的气浮轴承以氟利昂工质可实现高速稳定运行.

摘要： 本发明涉及微重力测量技术领域，具体为一种用于微重力双体落舱的缓冲固定结构及微重力双体落舱，包括缓冲块和若干利镞，所述利镞设置于内舱的底面上；所述缓冲块设置于利镞下方的外舱内部底面上；在微重力测试实验中，可在舱体坠落试验结束时，通过内舱底端的利镞和外舱内部底面上的缓冲块的配合作用，对内舱形成缓冲减速，吸收内舱的动能，防止内、外舱的直接碰撞，并通过缓冲块与利镞间的摩擦力固定内舱，达到防止其反弹的效果，相比于传统的机械固定结构，本发明提供的利镞‑缓冲块，结构构造简单，且减速过程柔和均匀，不会对零件造成二次伤害；解决了技术中存在的在微重力测量中，内舱和外舱之间碰撞或反弹导致的舱内结构和仪器受损的问题。

摘要： 本发明提出一种适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法，属于极端环境测试技术领域，包括如下步骤：第一步、确定测量单元几何尺度及测试用工质种类；第二步、对测量单元内部进行洁净化处理；第三步、测量单元内部的测试用工质进行封装；第四步、微重力水平校准；至此，完成高微重力水平的有效测量。本发明可显著降低微重力水平测量的响应时间，且能够满足10‑6g级别高微重力水平的测量，解决了现有机械式微重力测量无法实现10‑6g级别微重力水平的测量，测量响应时间无法满足微重力落塔微重力水平测量的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。

摘要： 本发明涉及一种悬浮生物细胞高效培养的膜生物反应器装置，特别涉及一种用于微重力和模拟微重力环境下的膜生物反应器，主要用于微重力环境和作为地面模拟微重力实验装置进行悬浮生物细胞的长时间培养和生物学效应研究以及重组蛋白的高效制备研究。包括生物反应器主体、供气系统、液体加注系统、搅拌系统、参数测量控制系统、排气系统和取样系统，其中，参数测量控制系统包括pH值参数测量控制系统、温度参数测量控制系统、溶氧参数测量控制系统和压力参数测量控制系统。本发明的膜生物反应器装置能实现微重力环境和地面模拟微重力环境下悬浮生物细胞的长时间高效培养、多参数实时检测和自动调控。

摘要： 本发明提供了一种实现微重力环境的液压重力平衡系统，包括：液压缸、蓄能器组件、伺服泵站、伺服控制模块；本发明通过液压缸活塞杆与飞行器分离体连接，利用伺服控制系统控制伺服泵站输出压力，使液压缸输出载荷与飞行器分离体重力保持一致，在分离试验进行时，分离螺母解锁，分离体借助分离螺母弹簧力与被分离体分离，向上运动，此时，液压缸活塞杆随之一起向上运动，在液压缸活塞杆运动过程中，液压缸容腔容积增大，蓄能器对液压缸补液，补充压力，使液压缸输出载荷与飞行器分离体重力保持一致，蓄能器补压响应时间＜5ms，确保分离试验在微重力环境下进行，确保了试验的有效性、真实性。

摘要： 地面微重力下材料熔炼和焊接实验装置及基于该装置实现微重力下材料熔炼方法和焊接方法，涉及一种微重力地面实验装置；为了解决现有微重力装置，因存在空气阻力和存在外力介入，产生了并非真正意义的微重力环境的问题，本发明包括它包括真空系统、热源、夹持抛射装置和缓冲装置，所述的真空系统包括真空室和抽真空装置，所述的真空室的抽气孔与抽真空系统的抽真空孔连通，所述的热源固定在真空室内部顶端的中心位置，所述的夹持抛射装置固定在真空室内部的侧壁上，所述的缓冲装置置于真空室内部底面，且缓冲装置位于热源的正下方；本发明主要适用于微重力科学领域。

摘要： 一种高微重力科学实验装置，所述高微重力科学实验装置包括三个不可分离的级，至少一级搭载有效载荷装置，且所述级被放置在另外两级的之间。高微重力科学实验装置弹头锥尖竖直向下。使用所述高微重力科学实验装置制造高微重力环境并回收高微重力科学实验装置的方法包括以下阶段：a)用充装氦气的无人驾驶自由气球将吊载2.4GHz频段立方体卫星挂载高微重力科学实验装置浮力飞行至航区内的预定高度；b)在预定高度(高微重力科学实验装置下落飞行的速度＝0m/s)，解脱挂耳释放高微重力科学实验装置自由落体运动制造高微重力环境并落入在弹着区。

摘要： 本发明涉及一种悬浮生物细胞高效培养的膜生物反应器装置，特别涉及一种用于微重力和模拟微重力环境下的膜生物反应器，主要用于微重力环境和作为地面模拟微重力实验装置进行悬浮生物细胞的长时间培养和生物学效应研究以及重组蛋白的高效制备研究。包括生物反应器主体、供气系统、液体加注系统、搅拌系统、参数测量控制系统、排气系统和取样系统，其中，参数测量控制系统包括pH值参数测量控制系统、温度参数测量控制系统、溶氧参数测量控制系统和压力参数测量控制系统。本发明的膜生物反应器装置能实现微重力环境和地面模拟微重力环境下悬浮生物细胞的长时间高效培养、多参数实时检测和自动调控。

摘要： 一种适用于微重力环境下模拟重力培养细胞的装置，它涉及细胞培养领域，本发明要解决目前微重力条件下，无法同时模拟多组重力环境的细胞培养，且存在无法有效补充细胞培养所需气体，以及较难实现细胞培养瓶不同转速的调节的问题。本发明通过电机带动转盘转动，利用转动机构的阶梯齿轮轴与转盘开口内壁上的齿条相互齿接。环形支撑座通过倒“L”型结构的伸缩调节架与基座连接，通过调节伸缩调节架不同的调节杆，实现对阶梯齿轮轴的水平方向与竖直方向的调节。从而实现，阶梯齿轮轴上不同直径的轴表面齿条与转盘内壁上的齿条齿接，实现培养皿在不同的转速下转动，可以模拟不同重力的条件。本发明应用于细胞培养领域。

摘要： 本发明提供了一种适用于星载微重力环境下的原子干涉重力梯度测量方法，包括以下步骤：步骤一，沿卫星质心三轴对称放置磁光阱；步骤二，激光冷却囚禁冷原子；步骤三，关闭磁光阱的磁场线圈电流；步骤四，激光操控原子完成原子干涉测量；步骤五，卫星角速度的提取。本发明利用空间失重环境下原子自由飘浮处于无阻尼飞行状态的独特条件，直接使用激光与空间中自由飘浮的原子相互作用，从而让原子发生干涉作用，进行重力梯度测量。本方法简单，易操作，在空间中易实施。

摘要： 本发明提供了一种实现微重力环境的液压重力平衡系统，包括：液压缸、蓄能器组件、伺服泵站、伺服控制模块；本发明通过液压缸活塞杆与飞行器分离体连接，利用伺服控制系统控制伺服泵站输出压力，使液压缸输出载荷与飞行器分离体重力保持一致，在分离试验进行时，分离螺母解锁，分离体借助分离螺母弹簧力与被分离体分离，向上运动，此时，液压缸活塞杆随之一起向上运动，在液压缸活塞杆运动过程中，液压缸容腔容积增大，蓄能器对液压缸补液，补充压力，使液压缸输出载荷与飞行器分离体重力保持一致，蓄能器补压响应时间＜5ms，确保分离试验在微重力环境下进行，确保了试验的有效性、真实性。