不上天也能在太空做实验?有遥科学平台就行!

  2016年9月15日,我国首个空间实验室“天宫二号”发射成功。目前,正在99彩票网,99彩票登录,99彩票官网的远程控制下,有条不紊地在轨开展各项科学实验,涉及微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测、空间环境监测、对地观测及地球科学研究以及新技术试验等多个领域。

  “天宫二号”距离地面300多公里,我们不禁好奇,科学家们是如何跨越空间障碍,“进入”空间实验室进行各类复杂而繁琐的实验操作呢?这些体现国际科学前沿和高新技术发展方向的空间科学与应用任务都是如何完成的呢?今天大院er带你一探究竟!

  

  为了实现科学家不上太空就能做成太空科学实验、畅游宇宙的梦想,空间应用中心的科技人员研制了我国首个基于虚拟现实技术的微重力流体遥科学实验平台,科学家通过佩戴虚拟现实立体头盔或沉浸式CAVE环境在太空和舱内实验环境内“漫游”,多尺度全方位观察液桥实验状态,通过鼠标、语音交互和手势运动等自然便捷地控制液桥的“高矮”、“胖瘦”、“冷热”,通过流场虚拟仿真实现了实验全过程的连续跟踪和推演评估,为科学家提供更智能、更快速的分析和决策方式。 

   

  由于结合了虚拟现实、人机交互、大数据分析、人工智能等多领域的前沿技术,与传统方式相比,这些“黑科技”更加直观地呈现了实验装置和流体内部的物理特性,科学家们通过视觉、听觉、体感等多种交互方式进行精细控制,洞察和感知实验数据背后的科学机理,有效促进了空间科学实验实现新的跨越。

  

  遥科学实验操作模拟图

  该平台首次应用在天宫二号液桥热毛细对流实验中,在空间实验室搭建了一座“液体的桥”。科学家们利用这一平台进行实时的天地交互操作,使得空间液桥实验实现了:过程便于控制、现象易于观察、效果易于达到,极大地提高了太空科学任务的效率与质量。

  

  天宫二号液桥热毛细对流实验模拟图

  液桥听上去很神秘,但其实在日常生活中十分常见,比如把两个手指沾上水,合拢再拉开一点距离,两个手指之间的小液柱就是液桥。之所以被称为液桥,是因为“桥”字有连接两地的含义,液桥就是连接着两个固体表面之间的一段液体

  

  

  当液桥两端的温度不一样的时候,一端热一端冷,在液体表面张力的作用下,会产生热毛细流动。

  

  表面张力驱动的液桥热毛细对流机理

  在地面上,浮力对流是自然对流的主要形式,流体受热膨胀后,就会往上浮;而流体冷却缩小后,就会下沉,自然对流就形成了。产生浮力对流的根本原因是重力作用,而在空间微重力环境下,浮力对流消失,热毛细流动开始主导自然对流

  由于地面浮力效应的掩盖,热毛细效应曾经一度被忽视。科学家们曾经以为,“只要没有重力,对流就会消失”。那么,在太空中将是理想的无对流环境,如果在这种环境中制造高纯度晶体,将会得到高纯度的单晶。

  而事实上,在失重的太空环境下,热毛细对流产生的震荡同样会影响着晶体的质量,造成晶体缺陷。因此天宫二号液桥热毛细对流实验的目标就是:查明空间微重力环境下热毛细对流的失稳机理

  在未来,这些研究成果和数据,将继续帮助科学家深入探究热毛细对流的奥秘,为完善空间晶体生长工艺奠定基础。

  空间遥科学技术融合交叉了众多学科方向,应用领域广泛,在未来空间站应用中将大展身手,从而成为支持太空科学实验最有效的实施方式。期待遥科学技术这个“黑科技”为我们带来更加丰硕的科学成果。

  

 Tel:  010-82178817     Fax:  010-82581990     Mail:  csu@csu.ac.cn
  北京市海淀区邓庄南路9号 (邮编:100094);    违纪举报:jijian@csu.ac.cn