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什么是微重力和微重力科学?
    时间:2016-4-19     点击率:17952

《力学园地》编辑部:201646日,我国首颗微重力科学实验卫星“实践十号”返回式科学实验卫星发射成功了。我们为中国科学家感到骄傲!能够为我们解释一下什么是“微重力”和“微重力科学”吗?

一名高中学生

什么是微重力和微重力科学?

何郁

微重力代表一种受力环境,它是指在这种环境中的有效重力水平极低。具体而言,若按照“微重力”术语的英文“Microgravity”的原意,它是指该环境中的重力水平为地球表面处重力的百万分之一。在力学里,我们可以这样表示一个微重力环境:ge/g0=0(10-6),这里ge为所研究环境中的重力加速度,g0则为地面处的重力加速度。当然,目前也有许多广义的理解,把微重力理解为微小重力(或者说“低重力”),此时低重力的值通常为地面重力的万分之一(10-4g0)。其实,人们常常提到的“失重”,就是微重力的另一种说法。

哪里存在微重力环境呢?不言而喻,远离地球的太空环境就是一种微重力环境。从牛顿万有引力定律可知,两个物体间的引力和它们的质量成正比,和它们之间距离的平方成反比。所以,不难算出,若要使得距离地心L处的环境满足微重力条件,要求L/R103(这里R为地球半径)。就是说,距离地球为地球半径的一千倍的空间,就是微重力环境了。

但是,在地球表面也可以形成微重力环境。例如,在一个自由落体的系统里,就可以造成一种“失重”的状态,因为地球的引力(即重力)用于产生物体下落的加速度了,这便是微重力环境。又如,围绕地球转动的空间飞行器,地球的引力(即重力)和飞行器运动产生的离心力相平衡,飞行器中也是一个微重力环境,所以航天员感觉到自己的身体是飘浮的——失重了!这样,我们就知道在地面获得微重力的手段为什么是落塔(或落井)了。当然,由于它们高度的限制,微重力时间很短,一般均以秒计。而各种空间飞行器(如美国的航天飞机和空间实验室,俄罗斯的和平号空间站)则可以提供数天到数年的微重力环境。此外,人们还建立另一类装置,可以进行微重力所实验,那就是“水池”,利用水的浮力来消除重力的效应。

微重力是一种宝贵的资源,借此,人类可以进行地面上难以进行的科学实验,进行新材料和药物的生产、生命科学和生物技术的探索等等。微重力科学就是研究微重力环境中的科学规律,地面上被重力掩盖掉的许多现象可能被揭示出来,并可能会在生物技术、材料制备、能源环境等领域有着广阔的应用前景。

这次发射的“实践十号”是专门进行微重力科学和空间生命科学空间实验的返回式科学实验卫星,一共有19个科学实验任务,涉及28项科学实验。它的完成将有助于我国的空间计划在重大基础研究和应用研究方面取得突破性进展。

1中国科学院力学研究所国家微重力实验室落塔

2 践十号在落塔内行地基实验