基于原子重力仪的车载静态绝对重力测量

目前大多数原子重力仪的装置复杂、体积庞大、环境适应性差,不能应用于野外进行绝对重力测量,这限制了原子重力仪的应用领域.本文利用自研的小型化原子重力仪,集成了一套车载绝对重力测量系统.该系统主要由原子重力仪、被动平台隔震系统、位姿平台调平系统、差分GPS测高系统、不间断电源供电系统及车载空调温控系统等组成.首先,本文对该测量系统的车载环境适应性进行了评估,发现在野外40℃高温、8°大倾角普通路面的环境下,该系统仍然能够正常工作;其次,介绍了车载绝对重力测量的实验步骤及数据处理方法,并测量了车头朝向对绝对重力测量的影响.最后,在野外平坦路面上进行了重复测线工作,评估了系统的内符合绝对重力测量精度,结果约为30μGal;在野外大倾角山体路面,通过测量不同海拔高度点的绝对重力值,得到了地球的垂直重力梯度值,约为-231(36)μGal/m.本文结果为野外绝对重力勘测提供了依据.     

空间材料科学的前沿学科——微重力晶体生长

 一、微重力晶体生长环境人类为了自身的生存,希望有一天能走出地球,从外层空间索取他们赖以生存的部分或全部资源.作为人类走向外层空间的第一步,当然是利用近地空间资源.而微重力资源则是首先受到重视和研究的近地空间资源之一。人们对空间晶体生长的研究,经历了从零重力到微重力的认识阶段.在60年代末到70年代初期,材料科学家们认为天空实验室内的晶体生长过程应是零重力场下的固-液界面反应过程,但一系列空间晶体生长实验表明:由于实验系统运动状态的不稳定,空间晶体生长环境仍然存在重力(g).     

TiC和AlN材料制备中的重力行为研究(Ⅰ)

为了研究失重环境对液相烧结AlN复合材料的影响,在抛物线飞行飞机上,以碳钛燃烧反应 形成的高温作为实验热源,进行了失重实验和AlN复合材料、TiC材料制备中重力行为研究. 利用抛物线飞行时产生的不同重力环境,研究了不同重力水平对碳钛燃烧反应的影响.研究 结果显示,重力水平的差异导致燃烧温度不同,样品的不同取向下重力对燃烧反应的影响不同. 关键词： 微重力 化学炉 TiC     

短时微重力条件下燃料电池性能实验研究

开展了不同重力情况下燃料电池性能的实验研究.利用微重力落塔,对常重力和微重力条件下燃料电池发电时其内部的两相流动开展了可视化现场观测.对重力因素对燃料电池内部传质过程的影响进行了分析和讨论.实验结果表明:当电流密度较大时,在微重力环境中燃料电池性能较常重力环境中的有较明显下降.由于微重力条件下浮升力的消失导致气体不能及时从流道中排出,进而对直接甲醇燃料电池内的传质过程产生负面影响.     

空间相机中变形镜的结构设计

设计了一种适用于空间环境的变形镜装置,以校正高分辨率空间相机中大口径主反射镜的波像差.讨论了空间相机用变形镜的设计准则,确定了该变形镜的结构形式;给出了具体的结构组成和材料组合,并设计了柔性结构.仿真结果表明,该结构在z向重力工况下RMS值仅17.2nm,4℃温升时的RMS值仅为3.7nm,且一阶频率为1 015Hz,各模拟空间工况下的反射面经主动展平后,均可获得近似的标准平面;该结构能够较准确地拟合前36项泽尼克多项式所对应的基元波面,残留误差较小,不仅具有良好的力学性能和热稳定性,还能保证变形镜的像差校正能力得到充分发挥,从而满足空间相机的使用需求.     

质子交换膜燃料电池短时微重力性能实验研究

利用落塔开展了不同重力情况下质子交换膜燃料电池性能的实验研究.对常重力和微重力条件下质子交换膜燃料电池发电时其阴极蛇形流场内部的两相流动开展了可视化现场观测.对重力因素对质子交换膜燃料电池内部传质过程的影响进行了分析和讨论.实验结果表明:在常重力环境中,液态水堆积在竖置流道的底部,无法有效排出.聚集在流道内的液态水与反应气体在流道内形成气/液两相流动.在微重力环境中,液态水在气体推动力的作用下从流道的底部上升并沿流道向出口流动.聚集在流道内的液态水排除后,减小了反应气体(氧气)从流道向催化层的传递阻力,从而使质子交换膜燃料电池的性能得到提高.     

重力的新定义:动量流的视觉

当前流行着各种各样重力的定义.这些定义在重力和相关概念(如失重)的教学中会出现混乱.运用动量流的概念,笔者找到了一种新的重力的定义.它可以避免这种混乱.     

沉降对带电胶体粒子结晶过程的影响

采用密度匹配法(重水与水按一定比例混合),以及反射光谱法,研究了重力沉降作用对直径为98 nm的带电胶体粒子结晶过程的影响. 结果表明,重力沉降在晶体生长的初期提高了晶体生长速率,而后期降低了晶体生长速率,这是由于在晶体生长初期,沉降作用可使更多的粒子结合到晶体结构中,而当晶体尺寸进一步增加,其沉降速率也相应地增大,晶相与液相间的摩擦阻力导致一部分颗粒从胶体晶体上脱落. 总的来说,重力沉降在初期加剧了晶体的生长,后期阻碍了晶体的生长. 另外,在微重力环境下形成的胶体晶体比在重力环境下形成的胶体晶体更加完整紧密.     

不同重力下窄通道内薄材料表面的火焰传播

在常重力下模拟微重力燃烧对载人航天器的火灾安全具有重要意义.窄通道就是这样一种可以有效限制自然对流的模拟设施.但是,不同重力下火焰传播的相似性仍然是有待研究的问题.本文用实验和数值模拟的方法,比较了不同重力下有限空间内热薄材料表面的逆风传播火焰.不同重力下火焰形状和火焰传播速度的比较表明,1cm高的水平窄通道可以有效地限制自然对流,在常重力下用这种通道能够模拟微重力下相同几何尺寸的通道中的火焰传播.因此,在地面上首先利用水平窄通道,模拟相同环境中的微重力火焰传播,然后考虑通道尺寸变化对火焰传播的影响,有可能成为地面模拟其他尺寸的空间中的微重力燃烧的方法.     

不同重力环境下辐射加热材料表面着火特性分析

研究外界辐射加热下，不同重力环境中热薄燃料的着火特性．探讨了重力、环境氧浓度、环境压力及外界辐射强度对着火的影响．结果表明，随着重力的变化，存在不同的着火机制．在微重力和在高的环境氧浓度中，材料的着火延迟时间变短．压力减小，着火延迟时间增大．随着辐射强度的增大，着火延迟时间变小．     

大倾斜角度下基于冷原子重力仪的绝对重力测量

冷原子重力仪的倾斜角会对绝对重力测量产生显著的影响.高精度的绝对重力测量需要对重力仪的倾斜角进行精确的测量、控制及校正.本文从理论上分析了四种不同情况下倾斜对绝对重力测量的影响规律,并在实验上对得到的理论进行了实验验证.基于此,设计了一种基于双倾斜计的绝对重力测量方案,主要是为了解决恶劣测量环境下的冷原子重力仪倾斜漂移问题.此方案利用高精度倾斜计记录放置在被动隔振平台上的拉曼反射镜的倾斜角度,并使用另外一个倾斜计监控真空系统的倾斜,以实现振动噪声的抑制和倾斜的高精度测量.基于自研的小型化冷原子重力仪,对该方案进行了实验验证,并最终实现了车间复杂环境下的高精度绝对重力测量.由于倾斜得到精确测量和补偿,冷原子重力仪的测量精度达到了12.3μGal.本文为复杂环境下的高精度绝对重力测量提供了一种可行的方案,为冷原子重力仪的实用化提供了参考数据.     

辨析重力与万有引力的关系

重力,是学生在学习高中物理受力分析中是最常用到的一个力.然而很多人对重力的概念却存在着模糊甚至是错误的理解.在学习万有引力一章时.大多数教师都会这样叙述:"地面上的物体,地球施与的万有引力的一个分力提供向心力,万有引力的另一个分力就是重力."我们知道,力是按照效果分解的,一个分力提供向心力,向心力是效果力,那么重力的效果是什么呢?本文将辨析重力与万有引力的关系.     

用超导电技术测量重力

一、重力测量的历史和超导电 技术的应用 1590年,意大利物理学家伽里略在比萨斜塔上的实验,证明了物体下落速度与它的质量无关.后来,牛顿提出了万有引力定律.于是,形成了重力的完整概念──重力就是地球对单位质量的物体的引力和该物体随地球旋转的离心力的合力.根据牛顿第二定律,重力是质量与重力加速度的乘积.力的单位──克·厘米/秒2,在物理学中称为达因,而重力加速度g是单位质量所受的重力,它的单位是1厘米/秒2,称为伽(gal).长期以来,围绕着对重力的测量和研究,不少人为之付出了艰苦的努力.因此,重力仪就成为人们认识地球,发展科学的重…     

船载系泊状态下基于原子重力仪的绝对重力测量

重力场是反映地球质量分布及变化的重要参数,动态重力测量在地质调查、地球物理、资源勘探等领域有着重要应用.目前动态重力测量均基于相对测量原理,动态相对重力仪存在零点漂移问题,影响其测量性能.动态绝对重力仪可以为相对重力仪提供同步同址校准,解决其长漂问题,因此备受关注.本文基于原子重力仪和惯性稳定平台,搭建了一套船载绝对重力动态测量系统,并在船载系泊状态下开展了绝对重力动态测量实验.经评估,船载系泊环境下的重力测量灵敏度为16.6 mGal/Hz^-1/2,1000 s积分时间内重力测量的分辨率可达0.7 mGal.通过两周的绝对重力测量,评估了系统的稳定性.为了评估绝对重力的动态测量精度,将船上测量点与码头高精度绝对重力基准点的绝对重力值进行了比较,两点之间的绝对重力值差及其不确定度评估结果为(–0.072±0.134)mGal.本文结果为海洋相对重力仪的同时同船校准提供了一种新方案.     

太空中的植物

 新的研究表明,在缺乏重力的环境中,实验植物的根系生长似乎不会受到任何影响。2010年,研究者将植入两个特定阿拉伯芥品种的一些培养皿送入国际空间站,宇航员们仔细监控这些植物根系的生长,特别是在种子萌发的最初15天内,每6小时测量一次根系的波动生长(根尖在24小时内会呈回环状轨迹伸展)和斜向生长(当接触到某个表面时根尖偏向一个角度)情况。     

α—碘酸锂晶体的空间生长

文章报道了三次α－碘酸锂晶体空间生长实验．该实验是在我国返回式科学技术探测卫星上完成的．为研究空间微重力环境对于晶体生长和物性的影响，应用Ｘ射线衍射、Ｘ射线形貌、Ｘ射线荧光分析、光学透过率和介电测量等技术，对在微重力和常重力条件下生长的晶体结构、完整性、杂质分布以及介电常数等参数进行了研究．研究结果表明：微重力条件下，晶体中β－碘酸锂的含量比地面低；微重力对α－碘酸锂的晶体形态和结构没有影响；微重力条件下生长的晶体的完美性优于地面晶体；微重力环境使碘酸锂晶体的介电常数增高     

前景诱人的空间制药

 随着航天事业的发展,茫茫宇宙空间正逐步成为人类大显身手的理想之处.特别是近年来火箭技术的发展,航天器制造技术的完善和突破,为人类在空间制药创造了有利条件.在空间制药,具有地球上不具备的优越条件,如失重、高真空、强辐射、无菌等.利用这些特殊条件,可以在空间制造出地球上无法生产或难以生产的特殊药物.“纯度”这个因素,对制药来说是极其重要的.我们知道,药物分子是一种特殊分子,杂质分子与药物分子很相似.提纯药物,就是将有用的药物分子和杂质分子分开.提纯药物常采用“电泳法”.在电泳提纯过程中,关键是带电分子受到的电场力与液体的粘滞力的平衡作用.在地面上应用电泳法提纯时,液体微小的流动就会扰乱上述两种力的平衡,而使各种分子混杂起来,从而大大降低了产品的纯度.     

重力对金纳米颗粒在生物膜表面吸附影响的荧光研究

纳米颗粒在生物膜表面的吸附行为是纳米生物技术领域的重要问题. 采用正、倒置实验, 通过荧光显微镜定量研究了重力对金纳米颗粒在支撑磷脂膜表面吸附的影响. 研究发现, 颗粒尺寸决定其在顶或底层支撑膜表面吸附的差异性. 吸附量的差异与颗粒的沉淀速率和扩散速率之比的对数呈线性关系. 粒径小于14 nm时, 不考虑重力在吸附时的影响; 粒径大于176 nm时, 重力在吸附中占主导地位. 为药物载体研究和理解颗粒－生物膜相互作用提供参考.     

重力对金纳米颗粒在生物膜表面吸附影响的荧光研究

纳米颗粒在生物膜表面的吸附行为是纳米生物技术领域的重要问题.采用正、倒置实验,通过荧光显微镜定量研究了重力对金纳米颗粒在支撑磷脂膜表面吸附的影响.研究发现,颗粒尺寸决定其在顶或底层支撑膜表面吸附的差异性.吸附量的差异与颗粒的沉淀速率和扩散速率之比的对数呈线性关系.粒径小于14 nm时,不考虑重力在吸附时的影响;粒径大于176 nm时,重力在吸附中占主导地位.为药物载体研究和理解颗粒-生物膜相互作用提供参考.     

空间辐射生物学研究进展

空间电离辐射尤其是高能带电粒子辐射可造成生物机体的严重损伤, 是载人航天飞行的关键性限制因素之一。 研究表明, 带电粒子的生物学效应与其性质、 剂量以及不同生物学终点有关; 此外, 微重力环境可能会影响空间辐射生物学效应。 从多年来的空间搭载实验研究和地基模拟实验研究两个方面, 综述了空间辐射的生物损伤效应及其与微重力环境复合作用的生物效应。Space radiation, particularly induced by the high energy charged particles, may cause serious injury on living organisms. So it is one critical restriction factor in Manned Spaceflight. Studies have shown that the biological effects of charged particles were associated with their quality, the dose and the different biological end points. In addition, the microgravity conditions may affect the biological effects of space radiation. In this paper we give a review on the biological damage effects of space radiation and the combined biological effects of the space radiation coupled with the microgravity from the results of space flight and ground simulation experiments.