Přehled
Fyzikální vědecký výzkumný program NASA přispívá ve dvou odlišných oblastech: zaprvé v základním výzkumu, který zkoumá fyzikální jevy za nepřítomnosti gravitace a základních zákonů vesmíru, a zadruhé v aplikovaném výzkumu, který přispívá k základnímu pochopení technologií pro průzkum vesmíru. Při provádění těchto výzkumů poskytují fyzikální vědy základní vědecké poznatky, výsledky vedoucí ke společenskému prospěchu a přispívají k základnímu pochopení technologií kosmického výzkumu, jako je výroba a skladování energie, kosmický pohon, systémy podpory života a monitorování a kontrola životního prostředí. Všechny vedly ke zdokonalení vesmírných systémů nebo k novým produktům na Zemi.
Mezi naše hlavní cíle patří:
- Zkoumat základní fyzikální zákony, často s využitím mikrogravitace nebo meziplanetárních vzdáleností jako výzkumných nástrojů
- Poskytnout mechanistické porozumění procesům, které jsou základem technologií pro výzkum vesmíru, jako je výroba a skladování energie, kosmický pohon, systémy podpory života, a monitorování a řízení životního prostředí
- Podporovat přenos znalostí a technologií kosmického výzkumu do pozemských systémů ve prospěch života na Zemi
- Vyvíjet špičkové technologie usnadňující výzkum kosmických letů
- Podporovat otevřenou vědu prostřednictvím sdílení dat
Mezinárodní kosmická stanice poskytuje velmi žádané podmínky dlouhodobé mikrogravitace, které umožňují nepřetržitý a interaktivní výzkum podobný pozemským laboratořím, a v případě potřeby dokonce poskytují statistickou validitu. Program také těží z výzkumné spolupráce s partnery Mezinárodní vesmírné stanice (Rusko, Evropa, Japonsko, Kanada) a jednotlivými zahraničními vládami s vesmírnými programy, jako jsou Francie, Německo a Itálie.
Fyzikální výzkum NASA je organizován do šesti oborů – biofyzika, věda o spalování, komplexní tekutiny, fyzika tekutin, základní fyzika a věda o materiálech. Experimenty v těchto oborech, prováděné v prostředí téměř beztížného stavu, odhalují, jak fyzikální systémy reagují na téměř absenci vztlakem poháněné konvekce, sedimentace nebo prohýbání. Odhalují také, jak jiné síly, například kapilární síly, které jsou ve srovnání s gravitací malé, mohou dominovat chování systému v prostoru. Data získaná z těchto výzkumů jsou uložena v informačním systému NASA Physical Sciences Informatics System (PSI) a jsou k dispozici veřejnosti.
Pokud jste výzkumný pracovník a máte zájem dozvědět se více o programu NASA Physical Sciences, kontaktujte prosím Dr. Brada Carpentera pro základní fyziku a Dr. Fran Chiaramonte pro všechny ostatní obory a PSI.
Následující informace jsou shrnutím šesti oborů a databáze PSI.
Physical Sciences Informatics System (databáze)
Biophysics | Combustion Science | Complex Fluids | Fluid Physics | Fundamental Physics | Materials Science
V rámci naplňování nového modelu otevřené vědy s potěšením oznamujeme vytvoření úložiště dat Physical Science Informatics (PSI) pro fyzikální vědecké experimenty prováděné na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS). Systém PSI je přístupný a otevřený veřejnosti. Výzkumným pracovníkům se tak naskýtá možnost vytěžovat data z předchozích letových výzkumů a rozšiřovat tak provedený výzkum. Tento přístup umožní provádět četná pozemní šetření na základě dat z jednoho letového experimentu, což exponenciálně rozšíří náš soubor znalostí. Služba PSI rovněž splňuje prezidentovu politiku otevřených dat. Webové stránky lze nalézt na adrese http://psi.nasa.gov.
Biofyzika
Biologické makromolekuly | Biomateriály | Biologická fyzika | Tekutiny biologie
V laboratoři Mezinárodní vesmírné stanice NASA pěstuje dokonalejší krystaly biologických makromolekul a analyzuje je pomocí metody známé jako difrakce. Difrakce zaměřuje paprsky světla nebo částic na krystaly a poté studuje vzor rozptylu, aby určila strukturu molekul, které je tvoří. Nedostatek vztlakových proudů tekutin a sedimentace ve vesmíru obvykle způsobují, že krystaly rostou pomaleji než na zemi, a snižují inkorporační defekty, což vědcům umožňuje získat lepší difrakční data.
Věda o spalování
Požární bezpečnost kosmických lodí | Kapky | Plynné – předmíchané a nepředmíchané | Pevná paliva | Nadkriticky reagující kapaliny
V USA se spalovací procesy podílejí na přibližně 85 % dodávané energie a jsou nedílnou součástí mnoha průmyslových výrobních procesů. Při spalování vznikají skleníkové plyny a saze, které přispívají ke globálnímu oteplování a způsobují značné zdravotní problémy. Program Combustion Science provádí idealizované experimenty na Mezinárodní vesmírné stanici, kde odstranění gravitace umožňuje výzkumníkům studovat detaily spalovacích procesů, které nelze snadno studovat na zemi. Prostředí vesmírné stanice rovněž poskytuje důležitý zkušební prostor pro studium rizika požáru kosmických lodí.
Zjistěte více o vědeckém výzkumu spalování v Glennově výzkumném středisku
Fyzika kapalin
Adiabatické dvoufázové proudění | Vření a kondenzace | Kapilární proudění a mezifázové jevy | Kryogenní skladování a manipulace
Tekutina je jakýkoli materiál, který proudí v reakci na působící sílu, proto jsou kapaliny a plyny tekutinami. Jejich pohyb je příčinou většiny přenosů a mísení v přírodních a člověkem vytvořených procesech a ve všech živých organismech. Fyzika tekutin se zabývá studiem pohybu kapalin a plynů a s tím souvisejícím přenosem hmoty, hybnosti a energie. Potřeba lépe porozumět chování tekutin vytvořila multidisciplinární výzkumnou komunitu, jejíž trvalá vitalita se vyznačuje neustálým vznikem nových oborů v základní i aplikované vědě. Prostředí Mezinárodní vesmírné stanice s nízkou gravitací nabízí jedinečné místo pro studium fyziky kapalin a transportních jevů. Podmínky téměř beztížného stavu umožňují výzkumníkům pozorovat a kontrolovat kapalinové jevy způsobem, který není na Zemi možný. Mezi oblasti výzkumu patří adiabatické dvoufázové proudění, vření a kondenzace, kapilární proudění a mezifázové jevy a proudění související s kryogenními systémy.
Zjistěte více o výzkumu fyziky kapalin v Glennově výzkumném středisku
Komplexní kapaliny
Koloidy | Kapalné krystaly | Pěny | Gely | Zrnité toky
Program výzkumu komplexních kapalin v mikrogravitaci studuje binární směsi, které se skládají z fází kapalina-pevná látka, kapalina-kapalina nebo modelová kapalina-plyn. Mezi oblasti výzkumu patří koloidní systémy, kapalné krystaly, pěny, gely, emulze a zrnité toky. Tento program zahrnuje témata měkké kondenzované hmoty, která zahrnují různé fyzikální stavy, jež se snadno deformují tepelným napětím nebo tepelnými fluktuacemi. V mikrogravitaci jsou odstraněny maskovací efekty sedimentace a konvekce, takže interakci dispergované fáze a disperzního prostředí lze pozorovat v časovém měřítku, které na Zemi není k dispozici.
Zjistěte více o výzkumu fyziky kapalin v Glennově výzkumném středisku
Fundamentální fyzika
Kvantové optické/atomové hodiny | Kvantový test principu ekvivalence | Fyzika studených atomů | Jevy kritického bodu | Prachové plazma
Program Fundamental Physics provádí ve vesmíru pečlivě navržený výzkum, který prohlubuje naše chápání fyzikálních zákonů, organizačních principů přírody a toho, jak mohou být tyto zákony a principy manipulovány vědci a technologiemi ve prospěch lidstva na Zemi i ve vesmíru. NASA vyvíjí pro Mezinárodní vesmírnou stanici laboratoř studených atomů světového kalibru, která vědcům umožní studovat chování atomů v rozmezí přibližně deseti biliontin stupně absolutní nuly. NASA rovněž úzce spolupracuje s evropskými vědci a Evropskou kosmickou agenturou na studiích souboru atomových hodin ve vesmíru, na výzkumu kritických jevů na palubě zařízení CNES DECLIC-ALI a na budoucích experimentech zaměřených na tak rozsáhlé oblasti, jako je studium složitého plazmatu ve vesmíru a kvantové testování principu ekvivalence.
Zjistěte více o základním fyzikálním výzkumu v Laboratoři tryskového pohonu
Materiálové vědy
Kovy | Polovodiče | Polymery a organické látky | Sklo a keramika | Zrnité materiály
Program vědy o materiálech v mikrogravitaci provádí na Mezinárodní vesmírné stanici experimenty, jejichž cílem je zlepšit naše znalosti o zpracování a vlastnostech materiálů. Tyto vědecké poznatky jsou pak aplikovány na pozemské průmyslové procesy s cílem dosáhnout lepších a/nebo levnějších materiálů. Vesmírná stanice poskytuje zjednodušené prostředí pro studium materiálů, protože je zde téměř zanedbatelný vliv sedimentace a konvekce poháněné vztlakem na pozorování. To pomáhá vědcům objasnit roli různých vlivů na procesy v materiálech. Mnoho experimentů v oblasti materiálové vědy bude využívat přístup otevřené vědy, známý jako Materials Lab. Tento přístup je popsán v části PSI níže.
Zjistěte více o materiálovém výzkumu v Marshall Space Flight Center
Zjistěte více o Materials Science Research Rack-1 na Mezinárodní vesmírné stanici
Zjistěte více o Microgravity Science Glovebox na Mezinárodní vesmírné stanici
.