Overblik
NASA’s Physical Science Research Program har ydet bidrag inden for to forskellige områder: for det første grundforskning, som undersøger fysiske fænomener uden tyngdekraft og universets grundlæggende love, og for det andet anvendt forskning, som bidrager til den grundlæggende forståelse, der ligger til grund for teknologier til udforskning af rummet. Ved at gennemføre disse undersøgelser leverer de fysiske videnskaber grundlæggende videnskabelig viden, resultater, der fører til samfundsmæssige fordele, og bidrag til den grundlæggende forståelse, der ligger til grund for rumforskningsteknologier som f.eks. energiproduktion og -lagring, fremdrift i rummet, livsunderstøttende systemer samt miljøovervågning og -kontrol. Alle har ført til forbedrede rumsystemer eller nye produkter på Jorden.
Vores hovedmål omfatter:
- Undersøge fundamentale fysiklove, ofte ved hjælp af enten mikrogravitet eller interplanetariske afstande som forskningsredskaber
- Forstille mekanistisk forståelse af processer, der ligger til grund for rumforskningsteknologier som f.eks. energiproduktion og -lagring, fremdrift i rummet, livsunderstøttende systemer, og miljøovervågning og -kontrol
- Støtte overførsel af viden og teknologi fra rumbaseret forskning til jordbaserede systemer til gavn for livet på Jorden
- Udvikling af banebrydende teknologier til fremme af rumflyvningsforskning
- Fremme åben videnskab gennem datadeling
Den internationale rumstation giver den meget ønskede tilstand af langvarig mikrogravitation, der muliggør kontinuerlig og interaktiv forskning svarende til laboratorier på Jorden og endda giver statistisk validitet, når det er nødvendigt. Programmet har også draget fordel af forskningssamarbejde med partnerne på den internationale rumstation (Rusland, Europa, Japan og Canada) og enkelte udenlandske regeringer med rumprogrammer, f.eks. Frankrig, Tyskland og Italien.
NASA’s forskning i fysisk videnskab er organiseret i seks discipliner – biofysik, forbrændingsvidenskab, komplekse væsker, væskefysik, grundlæggende fysik og materialevidenskab. Eksperimenter inden for disse discipliner, der udføres i et næsten vægtløst miljø, afslører, hvordan fysiske systemer reagerer på det næsten fravær af opdriftsdrevet konvektion, sedimentation eller slingring. De afslører også, hvordan andre kræfter, som f.eks. kapillærkræfter, der er små i forhold til tyngdekraften, kan dominere systemets adfærd i rummet. De data, der er erhvervet fra disse undersøgelser, er gemt i NASA’s Physical Sciences Informatics System (PSI) og er tilgængelige for offentligheden.
Hvis du er forsker og interesseret i at få mere at vide om NASA’s Physical Sciences-program, bedes du kontakte Dr. Brad Carpenter for grundlæggende fysik og Dr. Fran Chiaramonte for alle andre discipliner og PSI.
De følgende oplysninger er en oversigt over de seks discipliner og PSI-databasen.
Physical Sciences Informatics System (database)
Biofysik | Forbrændingsvidenskab | Komplekse væsker | Fluidfysik | Fluidfysik | Grundlæggende fysik | Materialevidenskab
I opfyldelse af den nye Open Science-model er vi glade for at kunne annoncere Physical Science Informatics (PSI) dataregisteret for fysikvidenskabelige eksperimenter udført på den internationale rumstation (ISS). PSI-systemet er tilgængeligt og åbent for offentligheden. Det giver forskere mulighed for at foretage datamining af resultater fra tidligere flyveundersøgelser og udbygge den udførte forskning. Denne fremgangsmåde vil gøre det muligt at gennemføre adskillige jordbaserede undersøgelser på grundlag af data fra et enkelt flyveeksperiment, hvilket vil øge vores viden eksponentielt. PSI opfylder også præsidentens politik om åbne data. Webstedet kan findes på http://psi.nasa.gov.
Biofysik
Biologiske makromolekyler | Biomaterialer | Biologisk fysik | Biologisk fysik | Biologiske væsker
I laboratoriet på den internationale rumstation dyrker NASA mere perfekte krystaller af biologiske makromolekyler og analyserer dem ved hjælp af en metode, der kaldes diffraktion. Diffraktion retter lysstråler eller partikler mod krystallerne og studerer derefter spredningsmønsteret for at bestemme strukturen af de molekyler, der danner dem. Manglen på opdriftsbetingede væskestrømme og sedimentation i rummet medfører typisk, at krystaller vokser langsommere end på jorden og reducerer inkorporeringsfejl, hvilket gør det muligt for forskerne at opnå bedre diffraktionsdata.
Combustion Science
Rumfartøjers brandsikkerhed | Dråber | Gasformige – forblandede og ikke-forblandede | Faste brændstoffer | Superkritiske reaktive væsker
I USA bidrager forbrændingsprocesser til ca. 85 % af den leverede energi og er en integreret del i mange industrielle fremstillingsprocesser. Forbrænding producerer drivhusgasser og sod, som bidrager til den globale opvarmning og giver anledning til betydelige sundhedsproblemer. Combustion Science Program udfører idealiserede eksperimenter på den internationale rumstation, hvor forskerne uden tyngdekraften kan studere detaljerne i forbrændingsprocesserne, som ikke umiddelbart kan studeres på jorden. Miljøet på rumstationen er også en vigtig prøvebænk for undersøgelse af brandrisici i rumfartøjer.
Læs mere om forskning i forbrændingsvidenskab på Glenn Research Center
Fluidfysik
Adiabatisk tofasestrømning | kogning og kondensering | kapillærstrømning og grænsefladefænomener | kryogen opbevaring og håndtering
En væske er ethvert materiale, der flyder som reaktion på en påført kraft, og derfor er væsker og gasser væsker. Deres bevægelse er årsag til det meste af transporten og blandingen i naturlige og menneskeskabte processer og i alle levende organismer. Fluidfysik er studiet af væske- og gasbevægelser og den dermed forbundne transport af masse, impuls og energi. Behovet for bedre at forstå væskeadfærd har skabt et tværfagligt forskningssamfund, hvis fortsatte vitalitet er kendetegnet ved den løbende fremkomst af nye områder inden for grundlæggende og anvendt videnskab. Den internationale rumstations miljø med lav tyngdekraft tilbyder et enestående sted at studere væskefysik og transportfænomener. De næsten vægtløse forhold giver forskerne mulighed for at observere og kontrollere væskefænomener på måder, der ikke er mulige på Jorden. Forskningsområderne omfatter adiabatiske tofasestrømninger, strømningskogning og -kondensering, kapillærstrømme og grænsefladefænomener samt strømninger i forbindelse med kryogene systemer.
Læs mere om forskning i væskefysik på Glenn Research Center
Komplekse væsker
Kolloider | flydende krystaller | skum | geler | granulære strømninger
Microgravity Complex Fluids Research Program studerer binære blandinger, der består af væske-fast-, væske-væske- eller modelvæske-gas-faser. Forskningsområderne omfatter kolloidale systemer, flydende krystaller, skum, geler, emulsioner og granulære strømninger. Dette program omfatter emner vedrørende blødt kondenseret stof, der omfatter en række forskellige fysiske tilstande, som let kan deformeres af termiske spændinger eller termiske fluktuationer. I mikrogravitation fjernes sedimentations- og konvektionsmaskeringseffekter, således at interaktionen mellem den dispergerede fase og spredningsmediet kan observeres på en tidsskala, som ikke er tilgængelig på Jorden.
Læs mere om forskning i væskefysik på Glenn Research Center
Fundamental Physics
Space Optical/Atomic Clock | Quantum Test of Equivalence Principle | Cold Atom Physics | Critical Point Phenomena | Dusty Plasmas
Det grundlæggende fysikprogram udfører omhyggeligt tilrettelagt forskning i rummet, der fremmer vores forståelse af fysiske love, naturens organiserende principper, og hvordan disse love og principper kan manipuleres af forskere og teknologier til gavn for menneskeheden på Jorden og i rummet. NASA er ved at udvikle et koldt atomlaboratorium i verdensklasse til den internationale rumstation, som vil give forskerne mulighed for at studere atomers adfærd inden for ca. ti trilliontedele af en grad fra det absolutte nulpunkt. NASA arbejder også tæt sammen med europæiske forskere og Den Europæiske Rumorganisation om undersøgelser af et atomurensemble i rummet, om forskning i kritiske fænomener om bord på CNES DECLIC-ALI-anlægget og om fremtidige eksperimenter, der sigter mod så vidtspændende områder som undersøgelser af komplekse plasmaer i rummet og kvantetest af ækvivalensprincippet.
Læs mere om grundforskning i fysik på Jet Propulsion Laboratory
Materialevidenskab
Metaller | Halvledere | Polymerer og organiske stoffer | Glas og keramik | Granulære materialer
Microgravity Materials Science Program udfører eksperimenter på den internationale rumstation, der har til formål at forbedre vores forståelse af materialeforarbejdning og -egenskaber. Denne videnskabelige forståelse anvendes derefter på jordbaserede industrielle processer med henblik på at opnå bedre og/eller billigere materialer. Rumstationen giver et forenklet miljø til undersøgelse af materialer, da der er næsten ubetydelig sedimentation og opdriftsdrevet konvektion, der påvirker observationerne. Dette hjælper forskerne med at afklare, hvilken rolle de forskellige virkninger spiller for materialeprocesser. Mange af de materialevidenskabelige eksperimenter vil være baseret på Open Science-metoden, kendt som Materials Lab. Denne tilgang er beskrevet i afsnittet om PSI nedenfor.
Læs mere om materialeforskning på Marshall Space Flight Center
Læs mere om Materials Science Research Rack-1 på den internationale rumstation
Læs mere om Microgravity Science Glovebox på den internationale rumstation