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国际首次太空直播“热毛细对流实验”

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国际首次太空直播“热毛细对流实验”天宫里搭起神奇“液桥”

文/李淑琴 王玮潞

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,它正在有效载荷运控中心的远程控制下,有条不紊地在轨开展各项科学实验。这不,2017年1月23日,“天宫二号”就在距离地面近400公里的太空,进行了一项特别的“液桥热毛细对流实验”。中科院空间应用工程与技术中心、中科院力学所、腾讯科普、腾讯新闻在国际上首次联合对这一实验进行了全程直播。

然而,科学家们并没有去太空,他们是如何跨越空间上的障碍,有效控制远在太空中进行的科学实验的?这场实验的意义又是什么呢?

▲太空实验的“操作台”

操作设备——黑科技加持的实验平台

对于“天宫二号”上的一系列实验,中国科学院空间应用工程与技术中心早有准备。科学家研制了我国首个基于虚拟现实技术的太空应用遥科学实验平台,而本次液桥热毛细对流实验正是它的“首秀”。与传统的方式相比,遥科学操作利用了虚拟现实、人机交互、智能分析等多领域的前沿技术,这些“黑科技”直观地呈现了空间实验装置和流体内部的物理特性。科学家通过多种交互方式,对实验过程进行精细控制,洞察和感知实验数据背后的科学机理,有效促进空间科学实验实现新的跨越。

实验对象——“液桥”是个神奇的桥

想要了解这座“液桥”究竟是个什么桥,咱们还得先从身边的重力说起。液体无处不在,在重力作用下,它们会以某种我们常见的形态呈现。但如果没有重力,它们会变成什么样?答案是:水会顺着容器壁往上爬,或者以球体的状态悬浮在空中,或者在两个壁面之间形成液桥。

简单来说,液桥就是“悬浮”挂在两个固定物体之间的一段液柱,当给定液桥温差时,表面张力将引起液桥内部的对流。

▲参与实验的科研团队

为了摆脱重力的影响,真正看清楚在无重力作用下的热毛细对流的真实过程,“天宫二号”搭载“液桥热毛细对流实验箱”飞上太空。凭借太空中的微重力环境,科学家们得以在这个重13kg、体积还没有台式电脑大的实验箱中,成功搭建了一座直径20mm、“跨度”3至20mm的“液桥”,并通过它来观察热毛细对流规律。要知道,在地球上正常重力环境下形成的液桥通常只有几毫米,如此大尺寸的液桥是不可能搭建成功的。

那研究热毛细对流规律的意义在哪里呢?以前科学家们曾一度认为,只要没有重力,在太空中理想的无浮力对流环境下,将会制造出高纯度、高均匀性、大尺寸的单晶。但是实验证明,在失重的太空环境下,热毛细对流同样会影响晶体的质量,造成晶体缺陷。所以,“天宫二号”液桥热毛细对流实验的目的就是:研究掌握空间微重力环境下热毛细对流的失稳机理,攻克微重力环境下的液桥建桥、液面保持和失稳重建等空间实验关键技术。

这一实验的研究成果和数据,将在今后帮助科学家深入探究热毛细对流的奥秘,为空间流体管理,以及空间晶体生长工艺奠定基础。

▲中国科学院力学研究所研究员、项目主任设计师康琦

太空直播——百万网友零距离体验前沿科技

值得一提的是,本次直播是国际上首次直播太空微重力流体搭桥实验,近百万人在线观看了实验过程。

中科院力学所研究员、项目主任设计师康琦,项目副主任设计师段俐和团队成员,为网友们带来一场科学的视觉盛宴,同时结合两个实验具体操作,向观众解读了什么是液桥,以及在实验过程中建桥、拉桥、回桥等各项动作的意义以及实验结果。

观众中不乏懂行的学霸级网友,在线直播的2个小时中,科学家们收到了70000多条互动提问,并且针对网友普遍感兴趣的提问进行了解答。

中科院空间应用工程与技术中心太空应用遥科学实验平台于歌、梁骥、王衍和李响等科学家,在给大家解答什么是遥科学、遥科学的平台建设情况时,网友们提到了遥科学与未来日常生活的结合点,于歌博士非常形象的比喻解读赢得了网友的认可。很多网友更是坦诚地表示“不明觉厉”“虽然不太清楚在干什么,但还是给科学家点赞好了”。

在直播临近尾声的时候,网友们还通过腾讯网的平台给科学家们送去了诚挚的祝福。■

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