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    中國空間站天和核心艙發射成功 中科院助力打造“太空實驗室”

    2021-04-30 重大科技任務局 科學傳播局 空間應用工程與技術中心
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    語音播報

    [video:20210429中國空間站首艙“天和核心艙”發射入軌 中國空間站將展開九大領域上千項實驗]

      4月29日,中國空間站天和核心艙成功發射入軌,標志著我國空間站建造進入全面實施階段,為后續任務展開奠定了堅實基礎。

      建造空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題,是我國載人航天工程“三步走”發展戰略中第三步任務目標??臻g站是航天員的“太空之家”,也是科學研究的“太空實驗室”,空間站的建設和運營體現著一個國家的航天綜合實力,也體現著一個國家的科技發展水平。

      極端物理條件下,物質的運動規律、物理化學過程、生命過程等都可能會發生變化,這意味著重大科學突破的可能。中國空間站作為國家級太空實驗室,在艙內、艙外部署了眾多重大科學設施,同時利用微重力和輻射環境、航天員較長在軌駐留、天地往返等優勢,開啟中國空間科學研究與應用新時代。

      由中國科學院牽頭負責的空間應用系統,目前在空間站天和、問天、夢天三個艙段艙內共安排了13個科學實驗柜,每個實驗柜都是一個高功能密度的太空實驗室,可支持一個或多個方向的空間科學與應用研究??臻g站艙外還安排了若干暴露實驗平臺,同時巡天空間望遠鏡與空間站共軌飛行。這些重大設施可支持在軌實施空間生命科學與生物技術、微重力流體物理和燃燒、空間材料科學、微重力基礎物理、空間天文與天體物理等9個學科領域30余個研究主題的科學研究,空間站在軌運營10年以上時間,預計可滾動實施近千項實驗項目。

      此次隨天和核心艙發射入軌的重大科學設施主要包括無容器材料實驗柜、高微重力科學實驗柜等。

      無容器是利用外界物理場產生的作用力來抵消物體的重力,從而使物體處于一個無接觸、無容器的狀態。無容器避免了坩堝等實驗容器的器壁對材料表面的接觸和污染,能夠抑制異質形核(依附于液態金屬中某些雜質質點或者某些面形核),獲得深過冷(在很大過冷度下仍維持為液態)??臻g的無容器還能消除地面重力引起的熔體形變和熔體密度分層,利于亞穩態材料和新型功能材料的開發制備,利于熔體材料參數測量。無容器技術對微重力環境下金屬和非金屬無容器深過冷凝固過程與機理研究、具有重大應用背景的新型功能材料制備研究、高溫熔體的熱物性精確測量研究具有重要意義。

      無容器材料實驗柜通過靜電懸浮技術實現無容器材料科學實驗,溫度可達3000℃,可進行金屬、非金屬等無容器加工研究,揭示地面重力環境難以獲知的材料結晶、玻璃化、凝固、形核機理,獲得先進材料的空間制備技術和生產工藝關鍵條件,指導地面材料加工工藝的改進與發展。

      在軌道上運行航天器所受到的地球引力和離心力平衡,理想情況下航天器上安裝的科學實驗載荷感受不到重力,處于無重力狀態。但實際上,由于太陽光壓、大氣阻力、重力梯度、潮汐等不平衡力導致準穩態加速度,航天器中活動部件的運動、儲箱中推進劑的晃動以及柔性結構振動將激起微振動,瞬時變軌、調姿、航天員的運動產生瞬時加速度,這些因素將導致航天器偏離無重力狀態,形成微重力環境??梢?,影響航天器微重力環境的因素非常復雜,對微重力水平影響也有很大差別,存在很多不可預知的因素,由此帶來的微重力變化也將在不同程度上影響空間科學實驗。

      高微重力科學實驗柜首創采用雙層懸浮隔離振動,可實現比空間站平臺高2~3個數量級的高微重力水平,可開展相對論物理與引力物理、流體動力學及其應用、材料制備機理等前沿科學研究。其核心工作模式有兩種:在柜內開展磁懸浮實驗時,內體與懸浮實驗臺外體無任何物理接觸,獨立飄浮在空中,外體通過無線傳能技術對內體進行供電、通過電磁力對其進行六自由度控制、通過WiFi進行信息傳輸,內體可獲得比平臺微重力環境高2~3個數量級的微重力水平。開展柜外噴氣懸浮微重力實驗時,航天員將懸浮實驗臺從柜內取出,在艙內釋放,懸浮實驗臺通過觀察柜上靶標,獲得自身位置和姿態,通過微推噴氣進行六自由度保持控制。懸浮實驗臺外體通過微推噴氣,精確跟隨內體運動,隔離艙內空氣流動等環境擾動對內體科學實驗裝置的影響,實現10-7g量級微重力水平。利用高微重力科學實驗柜提供的實驗條件,將開展國際前沿的空間冷原子干涉實驗,檢驗愛因斯坦等效原理,達到10-12精度水平。

      在核心艙任務中,空間應用系統還研制了應用信息與配電、應用流體回路、空間環境要素監測、大型載荷掛點對接裝置等支持設備,建立應用任務在軌共用支持條件,為應用任務在軌運營提供支撐和保障;建設和運行天地支持系統,為應用項目的論證、研制、運營和持續產出高水平成果提供全壽命周期支持,推動我國空間科學與應用水平整體跨上新臺階。

    無容器材料實驗柜

    高微重力科學實驗柜

    打印 責任編輯:任霄鵬

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