空間站“天和”核心艙發(fā)射了！這意味著，我國空間站建設序幕也即將拉開，這將是中國載人航天又一個里程碑。

中國天宮空間站將于2022年前后正式完成在軌建造任務，成為長期有人照料的國家級太空實驗室，支持開展大規(guī)模、多學科交叉的空間科學實驗。

空間站特殊的位置，將為開展太空實驗提供條件，比如微重力環(huán)境。

一提到太空，大家就會浮現(xiàn)出航天員在空間站中飄來飄去的樣子，好像完全脫離了重力的限制。其實，宇航員在太空艙內(nèi)并不是零重力而是處于微重力狀態(tài)。

按照“微重力”術語的英文“Microgravity”的原意，它是指該環(huán)境中的重力水平為地球表面處重力的百萬分之一，目前也有許多廣義的理解，把微重力理解為微小重力（或者說“低重力”），此時低重力的值通常為地面重力的萬分之一。

Part.1

微重力條件如何形成的呢？

水變成了水珠 可以當乒乓球打 （圖片來源：http://www.sohu.com/a/217990314_269042）

這些現(xiàn)象就是物理學中所指的空間微重力物理效應?？臻g微重力物理效應泛指在空間微重力環(huán)境中不同于重力環(huán)境下基本物理效應，主要包括液體和氣體由重力導致的自然對流基本消除、液體中浮力消失、由于物質(zhì)密度不同引起的沉浮和分層現(xiàn)象也消失等現(xiàn)象。 那么，在這么特殊的微重力環(huán)境下能夠開展一些什么樣的科學研究呢？

Part.2

微重力條件下的流體微重力流體物理研究微重力下流體（液體、氣體及其多相混合物）的流動、形態(tài)、相變的規(guī)律和機理。在微重力下重力引起的浮力對流、密度分層、沉降、流體內(nèi)部靜壓及壓力梯度等效應基本消失，而一些次級效應凸顯，流態(tài)和熱質(zhì)輸運表現(xiàn)出新特點。 微重力流體物理研究的內(nèi)容包括界面現(xiàn)象、多相流、復雜流體等。

這一領域的研究對發(fā)展先進的空間流體管理、熱管理等航天技術有十分重要的作用，其研究成果對改進地面石油、化工、制造等產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過程將做出積極貢獻。 空間流體物理的主要研究內(nèi)容包括微重力流體動力學、兩相流、相變傳熱及其應用研究、復雜流體等。 舉個例子，我國天宮二號搭載的液橋液毛細對流實驗，對空間環(huán)境流體的流動和耗散機理的基礎研究，對人類認識和掌握空間流體的運動規(guī)律有重要意義。

Part.3

微重力條件下的材料制備不止是流體，材料科學在太空中也大有可為。

在微重力條件下，基于地面材料制備的對流控制、擴散機制、凝固過程和缺陷形成等不再適用。探索微重力條件下的材料制備過程能夠深入理解相應物理規(guī)律，發(fā)現(xiàn)新的科學問題，研制出地面難以制備的新材料。

微重力條件還便于實現(xiàn)樣品懸浮的無容器加工，為創(chuàng)造極端熱力學非平衡條件下的材料研究和準確的材料熱物性測量提供了有利條件。微重力下可以研究金屬、非金屬和復合材料等幾乎所有材料，包括晶體、半導體、超導、磁性、記憶、熱電等各種功能材料，金屬合金、泡沫多孔和復合材料，以及陶瓷、玻璃等結(jié)構材料。

材料是國民經(jīng)濟的基石，新材料是所有高技術和高端制造業(yè)的基礎。空間材料科學是深入開展材料科學研究的獨特途徑，可能獲得地面難以生產(chǎn)的先進材料和地面難以精確測量的重要參數(shù)，發(fā)展材料科學技術，為我國建立新的材料產(chǎn)業(yè)體系做出貢獻。

空間材料科學領域包括兩個主要研究方向：一是在排除重力影響下研究材料的制備過程規(guī)律及材料的結(jié)構和性能變化；二是空間應用材料在高能粒子和紫外輻照、原子氧侵蝕、高低溫交變循環(huán)等空間環(huán)境下的使役行為。

主要研究內(nèi)容有生長（凝固）界面穩(wěn)定性與缺陷控制，過冷、形核與晶體生長過程，相分離與聚集行為，高性能材料空間制備及工藝研究、熔體物理性質(zhì)測量與研究、材料在空間環(huán)境下的行為特性等。

空間微重力資源是一種極其有用但在地球上不可獲得的稀缺資源，我國空間站發(fā)射升空之后，在太空環(huán)境中利用微重力條件進行各項科學研究將為我國各領域科研與應用做出重大貢獻。

中國空間站艙外暴露實驗平臺 （圖片來源：中國載人航天工程辦公室）

面對神秘又引人的太空，中國航天工作者們從未停止探索的腳步，讓我們跟隨他們的步伐，展望中國航天事業(yè)的明天！

編輯：jq