搭载实践十号卫星的蒸发液滴空间实验研究

实践十号蒸发对流实验以微重力环境中的蒸发相变流体界面过程为主要研究内容,利用空间微重力条件下浮力对流消失和热毛细对流起主导作用的特殊环境,实验研究置于加热底板的蒸发液滴相变过程中表面蒸发与表面张力驱动对流的耦合机理.利用研制的空间蒸发对流装置完成了在轨工况的科学匹配实验,得到了不同工况(温度、液滴大小、加热底板材料)下蒸发液滴形貌和热流量、蒸发速率等变化规律.为后续空间实验结果的比对分析提供了前期结果.     

微重力条件下骨髓间充质干细胞的骨细胞定向分化效应及其分子机制研究

正本项目主要研究空间微重力环境下骨髓间充质干细胞分化骨细胞潜能的变化;研究空间微重力影响骨髓间充质干细胞分化骨细胞分化的细胞信号通路。获取返回式卫星空间骨细胞定向诱导分化效应及其的关键细胞信号分子分析结果,可以为人类在深空微重力环境下骨质变化的预防、治疗和药物开发提供理论依据。     

微重力气液两相流动与池沸腾传热

综述了近年来中国科学院微重力重点实验室(国家微重力实验室)完成的一系列微重力气液两相流动与池沸腾传热方面的地基实验、飞行实验和理论研究等方面获得的主要成果.在微重力气液两相流动方面,提出了半理论Weber数模型用于预测微重力条件下气液两相弹-环状流转换,并采用Monte Carlo方法,针对气泡初始尺寸对泡-弹状流转换的影响进行数值研究.通过俄罗斯"和平号"空间站与IL-76失重飞机实验,获得了微重力下的气液两相流型图,与此同时在地面利用小尺度毛细管模型模拟了微重力气液两相流动特征.实验测量了微重力气液两相流压降,并基于微重力流动特性建立了一个泡状流压降关联模型.在微重力池沸腾传热方面,利用我国返回式卫星完成了两次空间实验,其中,第22颗返回式卫星搭载铂丝表面R113池沸腾实验采用控制温度的稳态加热方式,而实践8号育种卫星搭载平面FC-72池沸腾实验则采用控制加热电压的准稳态加热方式.同时,还进行了地面常重力和落塔短时微重力条件下的对比实验研究.观察到丝状加热表面微重力时轻微的传热强化现象,而平板加热表面微重力核态池沸腾低热流时传热强化、高热流时传热恶化.微重力实验中观察到气泡脱落前存在横向运动现象,据此分析了气泡行为与传热之间关系,并提出了一个预测丝状加热表面气泡脱落直径的半理论模型.旨在对相关领域的进一步发展和空间两相流系统的应用提供数据及理论支持.     

《微重力流体力学》简介

微重力流体科学是流体力学与空间材料、空间生物技术、燃烧交叉的新兴学科．研究微重力环境中流体的流动、迁移,热、质输运和相变等基本规律,还有物理化学问题和低温问题,这是微重力科学的基础和核心近三十年来,随着空间技术的进步,空间科学迅速发展．空间飞行器在轨道自由飞行时,其间的微重力水平仅为地面的１０~－３～１０~－６量级,在地面重力作用下常见的浮力对流、静压不均匀和沉降等现象都极大地减弱．因此,有可能利用微重力条件得到在地面条件下难于得到的高质量生物制品和新材料．但是,在微重力环境中,许多在地面上的次级…     

半浮区液桥振荡对流的微重力实验

利用日本微重力中心８００ｍ落井装置，完成了半浮区液桥振荡对流的微重力实验，对振荡对流的典型物理量诸如内部温度、流场、自由面边缘变化及表面波进行了综合测量。实验结果给出了振荡对流由地球重力环境向微重力环境的过渡，以及不同几何参数半浮区液桥的振荡特征，并首次获得了微重力环境下热毛细对流的表面波位形及边缘振荡特征．     

微重力下成一定夹角平板间的表面张力驱动流动的研究

空间微重力环境中,由于重力基本消失,表面张力等次级力发挥主要作用,流体行为与地面迥异,因此有必要深入探究微重力环境中的流体行为规律和特征.板式贮箱利用板式组件在微重力环境中对流体进行管理,从而为推力器提供不夹气的推进剂,这对航天器精确进行姿态控制、轨道调整具有重要意义.板式组件中常包含成一定夹角的平板结构,比如蓄液叶片...     

非金属固体材料在微重力环境中的着火及燃烧特性研究

微重力条件下固体材料的着火和火焰传播特性研究对于发展燃烧理论、保障航天器防火安全具有重要意义.由于地面设施微重力时间长度的限制,已有对微重力下材料燃烧过程的实验研究主要集中在热薄材料,而关于热厚材料的实验结果十分有限.作为实践十号(SJ-10)卫星科学实验项目之一,非金属材料燃烧实验将利用长时间微重力条件开展低速流动中典型热厚材料着火和火焰传播过程研究.简要介绍非金属材料燃烧项目的研究目标、空间实验内容、有效载荷技术特点和地面实验验证情况.     

欧洲微重力研究和用户支持的现状及展望

本文综述了欧洲在微重力状态下对材料科学、流体科学和生物科学的研究以及用户支持的主要情况。从简短的历史回顾开始,分析了欧洲主要的空间飞行试验,以及以长远目标为重点的未来发展情况。叙述了进行地面研究的指导思想,分析了所使用的地面实验设施(落塔,抛物线飞行,探空火箭等)。此外,还简要地介绍了微重力下的实验操作技术(遥科学,机器人等)。     

热毛细对流的液桥几何位形及浮力效应

本文讨论重力对不同高度、直径比液桥的热毛细对流的影响。当液桥高度、直径比增大时,液桥中的等流函数线呈双涡结构,这种流动图样并不必然与热毛细振荡流相联系。在地面热毛细对流实验中模拟空间微重力情况,液桥高度需小于1.5mm。在微重力环境中,液桥内的流场和温度分布介于地面相同参数液桥的上部加热和下部加热两种结果之间。因此,可以用地面实验结果估计空间液桥的对流和热输运情况。     

“实践十号返回式科学实验卫星项目”专栏 前言

正实践十号返回式科学实验卫星工程(简称"SJ-10卫星")是专门用于"微重力科学和空间生命科学"空间实验的返回式科学实验卫星.SJ-10是"十二五"期间,中科院空间科学先导专项立项科学卫星之一,定于2016年4月初发射.实践十号卫星的科学任务是研究、揭示微重力条件和空间辐射条件下的物质运动及生命活动规律.     

基于激光干涉的微重力加速度测量方法

为了研究环境的微重力水平及其对科学实验的影响,通常使用石英挠性或静电悬浮等力平衡式加速度计测量微重力大小,但两者都属于相对加速度测量,石英挠性加速度计有偏值,精度有限,静电悬浮式则量程较小。受绝对重力仪的启发,提出使用激光干涉方式测量绝对微重力的方法,以期取得更好的测量精度。相较于传统的微重力测量手段,通过改进的马赫-曾德尔干涉方法,周期性测量目标质量块的绝对位移,进而通过软件拟合,得到微重力加速度变化值。首先采用数值仿真模拟落塔运行过程中运行状态、微重力来源以及误差来源,定性分析其运动过程。指标分析与仿真表明微重力加速度测量频率在100 Hz时,精度可以达到测量值的10-4量级,在1 Hz时,精度可以达到测量值的10-6量级。研制了地面样机,进行了重力加速度的实验,以及通过小型落塔设备进行的微重力实验,通过信号处理,解算实际加速度值,并与理论值进行比较。微重力实验结果验证了利用激光干涉仪测量微重力加速度的可行性。     

微重力下的细胞生长与物质输运

空间微重力条件可引起显著的人体生理变化,细胞水平的研究是认识其机制的重要环节.微重力对生命活动的影响主要是由于重力变化后生物体内外的力学环境变化引起的,失重本身可能引起细胞组织结构的应力状态变化,失重后流体行为的改变也可能造成物质交换条件的变化进而影响生物体的新陈代谢和生长.从微重力下细胞生长与物质输运条件依赖性的规律出发,以生物力学的视角探索上述问题,有助于理解重力对于生命活动的意义.     

微重力池沸腾过程中的气泡热动力学特征研究

微重力池沸腾过程中的气泡热动力学特征研究项目是实践十号返回式卫星科学实验任务之一,主要关注微重力池沸腾过程中孤立生长气泡周围局部流动与传热机理.目前,实验装置SOBER-SJ10正样产品已完成研制和地面测试,并开展了一系列地面对比实验.地面实验结果表明设备工作正常,性能指标达到设计要求.地面实验结果表明过冷度对起始沸腾过热度影响甚微.空间飞行实验将于近期进行,其结果将加深对沸腾传热机理的认识.     

热毛细对流表面波空间实验研究

介绍了实践十号返回式科学实验卫星19项科学项目载荷之一:热毛细对流箱表面波空间实验研究,包括项目研究目标、意义、研究内容、空间实验模型及地面匹配实验结果等.阐述了本项目开展空间实验研究的必要性,用科学的地面实验研究数据预测和对比微重力条件下可能获得的研究结果,展望本项目可能取得的成果.     

颗粒流体气液相分离空间实验研究

正颗粒物质团簇形成机制是包括研究星际尘埃行为及深空探测等微重力科学研究的重要问题。微重力环境是实验观察颗粒气体形成及研究其本征行为的必要条件,项目利用卫星的较长时间的稳定微重力环境,有系统地研究颗粒物质团簇形成条件、弛豫冷却过程,建立完善理论模型,并建立可     

中国科学院微重力重点实验室简介

微重力科学是应运载人航天而发展起来的前沿学科.微重力环境为诸多科学问题的研究提供了机遇,孕育着自然科学的重大突破,并正在培育新一代高技术产业,是空间科学研究的热点.     

三维液体非线性晃动及其复杂现象

主要讨论三维液体非线性晃动问题 。将ALE（任意的拉格朗日-欧拉）运动学描述引人到Navier-Stokes方程的分步有限元计算格式中;在时间域上采用分步离散方法中的速度修正格式,利用Galerkin加权余量方法得到了系统的有限元离散方程;推导了考虑表面张力效应时有限元边界条件的弱积分形式;模拟了三维液体的非线性晃动问题,得到了一系列三维液体非线性晃动的复杂现象.进一步模拟了考虑表面张力效应以及在微重力环境下三维液体的非线性晃动,揭示了考虑表面张力效应以及在微重力环境下液体非线性晃动的重要特征.井将所得结论与现有的实验结果进行了比较.从而证实了该方法的有效性与正确性.     

微重力下造血与神经干细胞三维培养与组织构建研究

正干细胞是一类具有自我复制和分化能力的多潜能细胞,具有再生各种组织器官的潜在功能。了解微重力作用对人体内的干细胞的作用,为地面干细胞的应用以及人类在宇宙中长期生存都将提供重要的科学依据。利用太空微重力条件下,研究神经干细胞和造血干细胞在微重力条件下长期增殖和分化,期望发现地面实验中难于发现的调控造血与神经细     

微重力燃烧基础研究概述

本文介绍了国外微重力燃烧基础研究的概况。在微重力条件下不存在浮力和由其引起的自然对流,从而影响了燃烧基本过程。理论和实验研究表明,在微重力条件下火焰结构,火焰传播,火焰稳定等一系列燃烧基本过程都明显不同于通常在地球表面上所观察到的现象。      

导线绝缘层着火早期烟的析出和烟气分布

正安全防火是发展载人航天必须妥善解决的最重要问题之一,典型电子电气部件是火灾隐患的主要源头,项目为发展微重力下的着火监测和早期报警技术提供基础数据和技术支撑。由于导线绝缘层在自身适度过载电流作用下引起的疲劳和热解是一个过程,不是瞬间完成的,只能通过长时间微重力实验实现。通过微重力实验,获得导线绝缘层的着火