微重力条件下燃烧科学研究的现状与展望

微重力条件下燃烧科学研究的现状与展望中国科学技术大学博士姜羲教授、博士生导师范维澄助教吴姜玮随着人类探索空间技术的进步，诞生了一门研究微重力环境中物质运动规律的新兴学科——微重力科学。微重力科学包括微重力流体科学、空间材料科学和空间生物技术三个主要组...     

空间真空条件对熔体形核的作用机理

大量的空间凝固实验表明,空间条件往往抑制了凝固初期的形核,从而得到较为粗大的结晶组织。关于空间条件抑制形核的机理目前有两种解释:(1)空间的微重力条件使熔体宏观热溶质重力对流消失,从而抑制了由对流造成的晶核增殖效果;(2)空间实验中,由     

中国微重力流体科学的空间实验研究

微重力流体物理是微重力科学的重要组成部分, 包括简单流体的许多新体系、气/液两相流动和传热以及复杂流体力学. 微重力流体物理除其本身学术和应用的重要意义外, 还与微重力燃烧学、空间生物技术和空间材料科学密切结合, 促进了交叉学科的发展. 利用我国返回式卫星和神舟飞船, 进行了一批微重力科学的空间实验, 使我国微重力科学迅速进展. 本文主要介绍近10年来我国微重力流体科学的空间实验研究和主要学术成果.     

微重力环境材料科学实验

在空间微重力环境中,对材料制备影响较大的对流、沉降、浮力和流体静压力等因素都消失了,为人类探索、研究新的材料规律和材料制备新技术提供了一个特殊实验环境。本文介绍了国际空间材料科学研究的历史和现状,以及我国空间半导体材料科学研究取得的主要成果。     

短时间微重力池沸腾换热及其临界热流密度机理

研究了复合柱状微结构表面(PF30-60LP)在短时间微重力下的池沸腾传热性能,并与文献中的光滑表面和柱状微结构表面(PF30-60和PF50-120)进行对比.实验结果表明,微重力条件下, PF30-60PL的临界热流密度(critical heat flux, CHF)与光滑表面相比虽有提高,但却明显低于PF30-60和PF50-120,与常重力下所得实验结果存在明显差异.微重力条件下,由于浮力缺失,覆盖于加热表面的大气泡脱离周期远大于常重力条件.大气泡覆盖于表面时间过长,导致新鲜液体补给困难是造成微重力CHF显著降低的主要原因. PF30-60和PF50-120具备非常强的毛细芯吸作用,可显著提高加热面的侧向补液能力,因此其微重力下的CHF相比于光滑表面得到了十分显著的提高.而PF30-60PL由于较大面积光滑通道的存在,表面的毛细芯吸作用被削弱,因此其CHF介于光滑表面和柱状微结构表面之间.提高微重力池沸腾CHF,关键在于提高覆盖于加热面的大气泡的脱离频率和液体对加热表面的补给能力.可行的方法有降低液体工质表面张力或提高表面对液体的毛细芯吸性,通过外部施加电场或声场加速气泡脱离,强化Marangoni对流或采用局部加热法改变Marangoni力对气泡的作用力方向,通过调控气泡合并行为增大气泡合并后释放的表面能从而促进气泡脱离等.     

"神舟三号"飞船的空间科学实验

20世纪开拓的"空间"领域,给人类带来了充满活力、充满希望的广阔的活动空间,今天的"空间"早已不是遥远的、虚无缥缈的"仙境",而是一个新的实实在在的资源:它为人类提供了高度资源、微重力资源、超高真空资源、无限的能源和物质资源.     

太空轨道绽放“科学之花”

正太空是一个与地面完全不同的环境,其重要特征就是微重力和高真空。在地面上,人们无法得到无重力环境,而到了空间飞行器上,尽管重力的影响不会完全消失,但和地面相比就到了可以忽略的程度。由于重力消失了,物理规律可能出现不同的表现,这让人们得以进行许多在地球上无法开展的科学实验,这些实验有着地面实验所无法比拟的价值。     

微重力对蛋白质晶体结构的影响

为了考察微重力对蛋白质晶体结构的影响,对空间和地面结晶实验生长出的蛋白质晶体进行了结构测定,并进行了比较研究,在完成对鸡蛋清溶菌酶晶体结构研究的基础上,又对酸性磷脂酶Ａ２晶体结构做了测定和比较,从目前的研究结果可以得到这样的结论：微重力可能不足以改变蛋白质肽链的构象,但微重力能够改善与蛋白质分子联系罗弱的有序水分子的空间排布状况,这应该是微重力改善蛋白质晶体质量的一个重要因素,另外,上述两种蛋白晶     

如何在地球表面模拟空间微重力环境或效应:从空间细胞生长对微重力响应谈起

当前,人们对空间微重力环境影响生命、化学、物理等过程的认识仍较为粗浅,在地球表面是否可以且如何模拟空间微重力环境或效应尚不清楚.本文拟从空间细胞生长对微重力响应这一基本问题入手,从力学/物理基本原理出发,讨论什么是重力变化、如何模拟微重力环境或效应、怎样模拟微重力环境所致的生物学响应等问题,以期澄清空间生命科学与空间生物技术、乃至空间生理学与医学研究中的相关基本概念,为地基相关研究提供科学参考.     

空间材料气相生长研究进展

气相生长是制备薄膜或晶体的一种重要手段,然后重力导致的浮力对流往往使得薄膜厚度和晶体成分分布不均匀,从而缺陷密度增加影响其质量。利用空间的微重力条件可以抑制气相生长过程中重力引起的浮力对流,提高样品质量并改善其性能。概述了近２０多年来国内外空间气相生长研究工作的进展状况。着重介绍了国外空间气相生长研究的历史过程、研究的主要内容及所采取的研究手段,总结了关于空间气相生长的主要飞行结果,并对国外如何进     

失重环境下的生命活动

在太空生物学实验进入了相对平静期的今天,由NASA空间生命科学高级研究中心发起举办了一次旨在回顾微重力如何影响生物系统的专题讨论会。与生物学通常关注分子水平的做法不同,本次讨论会的焦点在于细胞水平的微重力效应,希望通过微重力这一研究工具,帮     

“8885”返地卫星搭载对水稻种子遗传性的影响

在宇宙空间存在着微重力,不同能量的宇宙线和高度真空等条件,直接影响着生物的生存、生长、发育、衰老甚至癌变。为了探索空间条件对植物种子的诱变作用,1987年我国将25种植物种子搭载到二个返地卫星,处理后在地面种植,获得了丰富的变异。1988年将水     

微重力环境下的燃烧科学研究

微重力环境下，浮力和自然对流对燃烧过程的影响十分微弱，从而能在简化了的条件下研究各种燃烧现象，这对于燃烧机理的研究具有重要意义。通过深入认识微重力环境下的燃烧现象，并提出相应的防、灭火措施，也是载人航天系统的实际需要。本文综述了国外微重力燃烧科学研究的主要方向，探讨了微重力环境为燃烧科学的基础研究所带来的机遇与挑战。     

模拟微重力对鸡胚软骨细胞碱性磷酸酶及胞内游离钙浓度的影响

以连续改变重力方向的方法获得模拟微重力条件,以鸡胚负重骨软骨细胞为实验材料,研究了培养软骨细胞碱性磷酸酶活性及胞内游离钙浓度的变化,结果表明,在模拟微重力条件下,碱性磷酸酶活性比对照组明显降低,模拟微重力降低软骨细胞的钙化能力。胞内游离钙浓度的降低说明胞内游离钙可能作为第二信使,参与调节软骨钙化。     

失重环境下的生命活动

在太空生物学实验进入了相对平静期的今天，由美国宇航局空间生命科学研究中心发起举办了一次旨在回顾微重力如何影响生物系统的专题讨论会，与生物学通常关注分子水平的做法不同，本次讨论会的焦点，在于细胞水平的微重力效应，希望通过微重力这一研究方法，帮助理解重力在我们这个星球生命演化史中所体现的作用。会议提交的报告，充分表现了生物体和器官系统的多样性，反映了微重力和其他环境变量在多种器官系统及其演化中直接或间接的影响。一个很好的例子是小麦，这是第一个经催芽后播种的品种，将催过芽的种子在微重力环境下播种。在微…     

微重力下有机物和聚合物材料研究进展

为了满足现代高科技对材料性能的要求,人们不断地开发新材料,探索制备材料的新工艺。现代航天技术的发展为材料制备提供新的环境——微重力环境,从而消除了重力引起的对流、沉淀、静压力等对材料制备过程的物理、化学反应及材料性能的影响。本世纪60年代以来,微重力科学的研究经久不衰,最近几年,尤其是在微重力下制备有机物和聚合物材料的研究一浪高过一浪。本文简述了在微重力环境中制备有机物和聚合物材料的一些研究成果,并指出了今后的发展趋势。     

神奇的太空世界

太空,是一个微重力、高真空、高洁净的神奇的大空间。在太空世界,是制造药品,特别是研治疑难绝症的特效药的好地方。这是因为,对于制药来说,纯度非常重要。航天飞机上的实验表明,在太空失重条件下制     

微重力环境下InSb晶体生长

近年来,空间材料加工引起了人们极大兴趣。我国首次利用1987年8月5日发射的返回式卫星在空间微重力环境下进行了材料加工实验。在此次实验中,用定向正常凝固法对InSb单晶材料进行了重熔和再结晶。这次实验的特点是:采用了多用途晶体加工炉,炉的中间安放GaAs材料,InSb样品放在炉内一侧,同时还在炉内不同位置安装了其它材料,这种在一     

重力对物理气相沉积Zn膜生长的影响

近年来利气相生长的方法制备高质量薄膜倍受人们重视。在地面上用气相沉积方法生长薄膜。由于重力作用人们很难精确控制传热和传质行为,从而影响薄膜质量。微重力条件,可以抑制气相传输过程中重力引起的对流,可望获得厚度均匀、表面质量好、结构完整的高质量薄膜。美国、俄国、日本、欧空局所属国等都投入相当大的人力、物力进行这一领域的研究工作。但是,空间实验昂贵,设备复杂,限制了空间实验的大量进行;进行充分的地基工作,如进行样品筛选、研究重力场效应等是十分迫切的任务。通过改变薄膜生长方向与重力场方向之间的相对取向关系来研究重力场的作用,对于指导地面及空间实验、对于探讨重力场对薄膜生长的物理本质具有重大意义。     

烟草细胞的空间电融合

随着国家载人航天项目“神舟四号”飞船的成功发射和顺利返回, 其携带的植物细胞——烟草(黄花品种)叶肉原生质体与烟草(革新一号)叶肉细胞脱液泡原生质体空间电融合实验获得成功. 细胞核染色的结果显示, 空间飞行样品中双核细胞的比率为18.8%, 多核细胞的比率为2.1%, 分别比地面对照样品(1.65%和0.34%)增加10.4和5.2倍. 细胞活力为53.1%, 地面对照细胞的活力为38.0%, 相对提高了39.7%. 同时, 微重力环境中融合细胞的代谢活动也发生了显著的改变. 此次实验的成功表明空间微重力环境是改善细胞电融合技术的重要途径.