微重力

微重力

微重力,太空學名詞,又稱為零重力,從嚴格意義上講,應是“零重量”。

基本信息

定義

微重力是指重力或其它的外力引起的 加速度不超過10e-5~10e-4g。太空環境就是微重力環境。

現象

微重力下訓練微重力下訓練
由於 太空地球表面 環境有很大的不同,地球表面為1G重力環境,而太空處於 真空狀態。在太空生活與工作的航天員,由於要長期處於這種微重力環境,吃、穿、住、行等都要適應這種狀態。 航天員醫學監督醫學保障研究室主任李勇枝告訴記者,在微重力環境中,你會有完全不同於地面的感覺。由於缺乏 重力,航天員最先感覺到的就是身體是飄浮的。 飛船艙內的東西,如果不用帶子固定,都要飄著。航天員要想行走,只能用雙手推拉艙壁來幫助身體移動。若是在艙外,則需要用特製的出艙活動裝置來幫助航天員“走動”。在缺乏重力的情況下,人身體上所有與重力有關的感受器都發生了變化。四肢已感覺不到重量,人體感覺不到頭部的活動。這種異常的感覺使航天員造成定向錯覺,當用手推拉太空飛行器艙壁時,感覺不到自己是前後運動,而是會認為太空飛行器在前後運動,自己是靜止不動的。非常有意思的是,在微重力環境下,航天員們個個‘ 武功’大增,他們可以輕鬆地做許多在地面很難完成甚至不可能完成的動作。如用一個指頭拿大鼎、隨意做各種翻滾動作等。 這種微重力環境會使航天員出現 頭暈目眩噁心睏倦等症狀,對體內器官會造成影響。航天員一旦進入微重力狀態,由於缺乏重力的向下吸引,全身體液會向上半身和頭部轉移,出現頸部靜脈鼓脹,臉變得虛胖, 鼻腔鼻竇充血,鼻子不通氣。而體液的轉移會使航天員出現 血漿容積減少,血液濃縮,導致 貧血。 微重力環境對於人體的 肌肉骨骼也有一定的影響。目前世界各國已進行了大量的研究,並採取了一定的防護措施,經過多次試驗,有些已取得明顯的效果,但有的病症目前還不能有效解決。需要進一步地去探索和研究。 微重力的值通常為地面重力的萬分之一,10-4g。

實現方法

在地面獲得微重力(mg)的手段主要有落塔或落井((1~10)s的mg時間,(10e-4~10e-6)g的mg水平)、拋物線飛行的飛機(20s左右的mg時間,10e-2左右的mg水平)以及各種空間飛行器(數天~數年的mg時間,10e-4g的mg水平)。
比如美國NASA GRC的2.2s落塔和5.18s落井,德國ZARM的4.74s落塔,日本JAMIC的10s落井和MGLAB的4.5s落塔,中國科學院工熱物理所的2s落塔,中國科學院力學研究所國家微重力實驗室的3.5s落塔;實驗飛機主要有美國的KC-135,法國的A-300,日本的MU-300等;探空火箭主要有美國的Black Brant,德國的TEXUS,日本的TR-1A等;空間飛行器主要有美國的太空梭和空間實驗室,俄羅斯已墜毀的和平號空間站(Mir)。

套用

太空材料加工

在太空材料加工方面主要套用於以下幾個方面:
1.晶體生長——包括以下三種類型:
a.熔體生長
b.汽相生長
c.溶液晶體生長
2.金屬與合金
3.複合材料
4.玻璃

燃燒與微重力

微重力系統微重力系統
燃燒這個詞所表達的是化學反應物之間強烈放熱反應引發火焰的現象。很多時候人們通過判斷其狀況(如位置、形狀、火勢等),也有不發光的。燃燒不是化學釋能的瞬時現象,它是有許多條件和階段的過程。從反應物到生成物的過程中,包含有不同於化學反應的很多物理過程,這些物理過程控制著燃燒的發生、性質、種類、作用、熄滅和利用。具體包括反應物加熱、相變、改變氣壓、氣相混合及混合比控制等過程。這些過程的控制決定燃燒效率,產物對環境的污染程度,也是控制滅火條件的依據。鑒於全球能源 需求80%以上由燃燒方式滿足:、航天運輸,火電,材料加工和機器製造,生活質量保證等;減少環境污染和有效防止火災,均有賴於對燃燒的認識,故燃燒學研究重點日益轉移到物理過程研究。問題實質屬液體力學範疇,因而其力學行為可用3個無量綱數(Reynolds數、Rechardson數、Grashof數)描述;換句話說,和其他流體相仿,燃燒中的氣體流場對重力是敏感的。其中熱傳導、質量擴散、熱化學反應引起的密度變化將影響這個過程;在重力場中浮力誘發的流動,和其他流體系統相仿,常表現為不穩定因素,使過程研究複雜化。消除後者可簡化過程,這正是利用微重力環境的主要動機。分析微重力條件下產生的火焰,可了解燃燒及其擴展的細節。為防火災,軌道飛行中對燃燒的研究得到太空飛行器艙內氣壓和材料的選擇標準、滅火概念,表明了這種實驗的可行性,消除自然對流得到燃燒的明確概念和研究模式有助於對認識和利用燃燒。

測定

對於微重力(10e-4)級別的加速度值測定,對於眾多科學實驗及航空研究非常重要,也是國家科學技術水平的重要評定因素。目前世界上頂尖的微重力加速度測定技術主要由美國,歐洲及俄羅斯等科技強國掌握並實行技術封鎖。我國對於微重力的測量技術在近10年來也有了長遠的發展,出現了KA2000,KA3000等微重力系列產品,均達到了世界領先科技水平,並成功套用到我國的眾多軍事及科研領域,但是更穩定、更精確的測量技術仍有待更多的科學工作者的努力探索與潛心研究。

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