微重力科学研究的现状及前景:微重力是一种极端的物理环境。微重力科学是伴随着空间探索而开展起来的新兴科学,它主要研究微重力下的物理学、化学、生命科学和材料学等方面。微重力科学的开展,将对太空实验、太空开发产生重要意义。关键词:微重力;空间流体力学;空间材料学中图分类号:P35文献标识码:A文章编号:1671-7597(2022)0620224-01在一非惯性系中,假设物体所受到的惯性力与引力近似平衡,惯性加速度与引力加速度之差远小于地面重力加速度,就称为该物体处于微重力状态。其剩余加速度——引力加速度与惯性加速度之差即为微重力加速度。微重力加速度比地面加速度要小几个数量级。地球外表的加速度为g,而微重力加速度一般为10-3g-10-5g,随着所受重力水平的极大减弱,物体运动规律也发生了很大变化。在微重力环境下,许多被掩盖的次级效应会变的很显著。1微重力科学的研究方法微重力科学的研究始于上世纪60年代初,分为地面根底研究和空间基地研究,简称陆基研究和空基研究。空基研究主要指在空间中实现微重力环境并进行实验研究。自1957年人造卫星发射成功以来,载人飞船、实验空间站、航天飞机等专用空间实验平台相继出现,从而获得了长时间的局部微重力环境。空基研究,一般是指在密封的飞行器中进行的实验研究,而在飞行器中进行的实验费用较高,组织实施面广,实验能力有限,不可能广泛采用。这样,地面研究就显得尤为重要。陆基研究主要是通过自由落体获得微重力环境,这是微重力科学研究的一种重要方法,这些设施包括落井、落管和落塔。2微重力的研究现状及开展前景经过几十年的开展,微重力科学取得了举世瞩目的成就。随着空间技术的开展,重力科学的应用研究越来越受到空间技术强国的重视。美国是世界经济、军事强国,且在微重力科学研究方面也取得很大的成就。它已建立了数个高达100多米的落塔,研制出KC—135实验飞机和黑雁实验火箭,发射16艘阿波罗飞船、航天飞机等用于微重力科学研究。前苏联是另一个空间技术强国,曾研制出“和平〞等一系列实验火箭、微重力实验飞机,并发射了联盟号飞船、礼炮号空间站等微重力研究设施,进行微重力科学研究。日本,欧洲各国也纷纷建立了落管、落井、落塔,争先恐后开展微重力科学研究。我国从1986才开始微重力研究,目前取得了很大的成就。建立了数个20米落塔,利用火箭、返回式卫星进行了30多项材料科学和200多项生物学搭载实验。这些研究利用有限投资,选取最正确目标,取得了预想的成果。结果说明:在微重力的环境下,可获得晶体快速增长、无容器熔化等。同时微重力科学的开展也受到很大的限制。与过去微重力实验的时间少得可怜正好相反,目前微重力实验却在成倍的增长。近几年的太空实验比过去二十年的实验时间总和还要多,各国都建立了自己的微重力实验室。2.1空间流体力学。重力是一个体积力,它对流体的平衡和运动有重要作用。在长时间重力环境中,会引起自然对流、沉积、静压力的宏观变化。而在特殊的微重力环境中,会产生一些新的特点。在地球重力环境下对流主要表现为浮力对流,而在微重力环境下的对流主要表现为外表(或界面)张力不均匀产生对流自然对流。自然对流即浮力驱动对流根本消失,是微重力科学、空间材料科学、空间生命科学等在微重力环境中进行实验的依据。在微重力下的扩散过程中,由于不存在驱动对流,使测量精度很高,可以准确测量过去很难测量的扩散特性、质量输运特性;还可以十分准确测量扩散系数和温度的关系,这对凝固和结晶过程是有很大意义的。从理论上讲,当浮力对流极大地减小以后,外表能力不均匀所引起的流体运动就可以构成一些新的耗散体系,诸如热或浓度毛细对流、液滴或气泡动力学,以及包括胶体在内的分散系统的聚集等。事实上,微重力环境为研究纯扩散以及交叉扩散过程提供了好的条件。这些新课题对研究非线性科学、流体力学、输运现象以及分子力的作用等都很重要。在微重力环境中消除了浮力的影响和重力分层,可以更好地研究化学反响,动力学和流动之间的耦合。2.2空间材料学。材料加工都是通过相变时的成核和凝固来实现的。在地面上由于重力的影响,流体中的温度和浓度不均匀要产生浮力,导致设备材料精度不高,影响其性能。在微重力环境下浮力对...