研究性课题(物理)太空中完全失重条件下的 科学研究及应用展望

太空中完全失重条件下的        科学研究及应用展望
    众所周知,人类已经向宇宙迈出了脚步,随着人造卫星的发射,载人飞船的升天,还有人类登上月球,宇宙那神秘的面纱正一点点向人类掀开。
现在在宇宙中,有着大大小小的宇宙空间站,还包括中国的天宫一号。据了解空间站是迎送宇航员和太空物资的场所,是环绕地球轨道运行的空间基地,人们又称它为“宇宙岛”,而且空间站与一般航天器相比,有效容积大,可装载比较复杂的仪器,并且可以提供人类生存的环境与条件,这样人类就可以在空间站中,跳出地球的大气圈真实地观察宇宙空间。
  在宇宙空间站以及航天飞船中 ,我们会面临一个问题——失重。由物理知识来解释,在宇宙飞船中当g=向心加速度,当速度达到第一宇宙速度能够环绕地球飞行时,由牛顿第二定律,mg-N=ma=mg,所以N=0,因为向心加速度向下,所以产生失重现象。
                     
  知道了太空中失重的原理,我们自然要在太空中进行科学研究,到现在为止物理、化学科学方面也有了长足的进步,大量收集了在失重下燃烧、材料、流体方面的数据。在蛋白质晶体生长方面更有突破性的进展。每次太空飞行都带著上百个蛋白质结晶实验,这对人类的医学方面贡献是极为巨大的。
现在让我们展示几个例子:
1.工业
    在失重条件下,融化了的金属的液滴,形状绝对呈球形,冷却后可以成为理想的滚珠.而在地面上,用现代技术制成的滚珠,并不绝对呈球形,这是造成轴承磨损的重要原因之一。
  玻璃纤维(一种很细的玻璃丝,直径为几十微米)是现代光纤通信的主要部件.在地面上,不可能制造很长的玻璃纤维,因为没等到液态的玻璃丝凝固,由于它受到重力,将被拉成小段.而在太空的轨道上,将可以制造出几百米长的玻璃纤维.
  在太空的轨道上,可以制成一种新的泡沫材料枣泡沫金属.在失重条件下,在液态的金属
中通以气体,气泡将不“上浮”,也不“下沉”,均匀地分布在液态金属中,凝固后就成为泡沫金属,这样可以制成轻得像软木塞似的泡沫钢,用它做机翼,又轻又结实.
  同样的道理,在失重条件下,混合物可以均匀地混合,由此可以制成地面上不能得到的特种合金.
  电子工业化学工业核工业等部门,对高纯度材料的需要不断增加,其纯度要求为“6个9”至“8个9”,即99.9999%~99.999999%.在地面上,冶炼金属需在容器内进行,总会有一些容器的微量元素掺入到被冶炼的金属中.而在太空中的“悬浮冶炼”,是在失重条件下进行的,不需要用容器,消除了容器对材料的污染,可获得纯度极高的产品.
在电子技术中所用的晶体,在地面上生产时,由于受重力影响,晶体的大小受到限制,而且要受到容器的污染,在失重条件下,晶体的生产是均匀的,生产出来的晶体也要大得多.在不久的将来,如能在太空建立起工厂,生产出砷化镓的纯晶体,它要比现有的硅晶体优越得多,将会引起电子技术的重大突破.
2.生物
具资料显示美国航天飞机从1982年开始就栽种植物种子到太空,观察它们在失重条件下的发芽生长情况:还载各种小动物到太空研究它们在失重条件下的活动和发育情况。1984年4月6日挑战号航天飞机升空,它载有蔬菜,水果,花卉等120个品种的蛇油精种子,其中有1200粒西红柿种子,研究了宇宙辐射对植物种子的效应和失重状态对植物萌芽的影响。1992年9月12日升空的奋进号航天飞机,载有180只大黄蜂,7600只果蝇和30只受精鸡蛋等,进行了19项生物学实验,观察它们在失重环境的繁殖和习性行为。1993年10月18日哥伦比亚号航天飞机上天,还载有48只老鼠,研究了哺乳动物从微重力条件下返回地球重力场后对重力的适应过程。还有11项实验以航天员本身为实验对象,研究了太空对人体的影响。人们开始在太空栽培植物,看看植物是否还知道“上”和“下”的概念呢?从理论上讲,在太空失重的环境下,再加上24小时都有充沛的阳光,植物生长有条件比地球上优越得多。科学家期望,空间站能结出红枣一样大的麦粒,西瓜一样大的茄子和辣椒。但,结果却令人失望。为什么植物对重力这么依恋呢?按照温特的生物理论可以这样解释:长期生活在地球的植物形成一种独特的生理功能,当它受到重力刺激,在植物组织下部的生长素含量会大大增加,于是就使植物的根朝下生长,而茎则朝上生长。一旦失去重力作用,生长素就无法汇聚在适合的部位,使幼茎不到正确的生长方向,只能杂乱无章地向周围发展,最终导致死亡
制作奖章
据了解太空中失重条件对胚胎发育有着重要影响。青鳉是世界上首批被用于研究胚胎有一个t形工件+fKE%Eg!iIK$cZKWJkZmMI03ZSi&0*@%Rl^@xrn&jRa电缆卷筒卷线盘在太空环境下发育的鱼类之一。1994年,d HtMS2EuWG68O!NCnVgzpTjc85sQVp+QNM+RKQl%rvW+I青鳉搭乘“奋进”号航天飞机进入太空。重力gq8cP^Ke@Ic#!MCT 4I在动物生命周期之初扮演怎样的重要角仍旧1t(pZrt4Jq*wHEEhfC%DPzS4是一个大谜团。在太空出生的青鳉长大后的体+GxL+iUSj形与在地球上出生的同类类似。而对从老鼠到vpp0fMBUU FBGQtCeTG@TQYwIIqcui2P4#7o*4 有爪蟾蜍的其它动物进行的实验显示,无重状wKPaMEpyLRGUI1h@U)GEG1态对它们的早期发育产生重要影响,很多实验ZzBf(pz(ckNZzJEPn6LHFt9b动物出现了畸形。隧道施工风机
         
      日本青鳉胚胎气动加油泵
3.医学
医生们骨折时,通常是用石膏,夹板和绷带从外面将骨骼固定,保持骨骼固定性。但是,美国现在有一种内部固定技术,可使用于太空中,即在太空做手术。这种技术的好处是恢复快,痛苦少,甚至无痛苦,非常适用于太空。
同时我们也知道失重状态可能让宇航d$eg6wkj-79YGVjA@ITJk62员抵御感染的能力降低一倍。太空飞行会减弱qjjjBb@r#(M-bUaIJVcPyTs%Z&c(muesDy!aW6#4iy免疫系统,同时让一系列细菌变得比在地球上j9k-MlSq7SMx7IRq+aKEOvl-lr*t3)!X5jx$0 tQWFmjUw^C更为可怕。2006年“亚特兰蒂斯”号航天&60cQXJ#G飞机进行的一次太空飞行显示,红yY+i细菌——鼠伤寒沙门氏菌让老鼠的致死率提高f了近两倍。

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