Resumen
El Programa de Investigación de Ciencias Físicas de la NASA ha realizado contribuciones en dos áreas distintas: en primer lugar, la investigación fundamental, que investiga los fenómenos físicos en ausencia de gravedad y las leyes fundamentales del universo, y en segundo lugar, la investigación aplicada, que contribuye a la comprensión básica subyacente a las tecnologías de exploración espacial. Al completar estas investigaciones, las ciencias físicas aportan conocimientos científicos básicos, resultados que redundan en beneficio de la sociedad y contribuciones a la comprensión básica que subyace a las tecnologías de exploración espacial, como la generación y el almacenamiento de energía, la propulsión espacial, los sistemas de apoyo a la vida y la vigilancia y el control del medio ambiente. Todos ellos han conducido a la mejora de los sistemas espaciales o a nuevos productos en la Tierra.
Nuestros objetivos principales incluyen:
- Investigar las leyes fundamentales de la física, a menudo utilizando la microgravedad o las distancias interplanetarias como herramientas de investigación
- Proporcionar una comprensión mecanicista de los procesos que subyacen a las tecnologías de exploración espacial, como la generación y el almacenamiento de energía, la propulsión espacial, los sistemas de apoyo a la vida, y la vigilancia y el control del medio ambiente
- Apoyar la transferencia de conocimientos y tecnología de la investigación en el espacio a los sistemas terrestres para beneficiar la vida en la Tierra
- Desarrollar tecnologías de vanguardia para facilitar la investigación en los vuelos espaciales
- Promover la ciencia abierta mediante el intercambio de datos
La Estación Espacial Internacional proporciona la condición tan deseada de microgravedad de larga duración, lo que permite una investigación continua e interactiva similar a la de los laboratorios en la Tierra, proporcionando incluso validez estadística cuando se requiere. El programa también se ha beneficiado de las colaboraciones de investigación con los socios de la Estación Espacial Internacional (Rusia, Europa, Japón y Canadá) y con gobiernos extranjeros individuales con programas espaciales, como Francia, Alemania e Italia.
La investigación en ciencias físicas de la NASA está organizada en seis disciplinas: biofísica, ciencia de la combustión, fluidos complejos, física de los fluidos, física fundamental y ciencia de los materiales. Realizados en un entorno casi ingrávido, los experimentos en estas disciplinas revelan cómo los sistemas físicos responden a la casi ausencia de convección, sedimentación o hundimiento impulsados por la flotabilidad. También revelan cómo otras fuerzas, como las capilares, que son pequeñas en comparación con la gravedad, pueden dominar el comportamiento del sistema en el espacio. Los datos adquiridos a partir de estas investigaciones se almacenan en el Sistema Informático de Ciencias Físicas (PSI) de la NASA y están a disposición del público.
Si usted es un investigador y está interesado en saber más sobre el programa de Ciencias Físicas de la NASA, póngase en contacto con el Dr. Brad Carpenter para la física fundamental, y con el Dr. Fran Chiaramonte para el resto de disciplinas y el PSI.
La siguiente información es un resumen de las seis disciplinas y la base de datos del PSI.
Sistema Informático de Ciencias Físicas (base de datos)
Biofísica | Ciencia de la Combustión | Fluidos Complejos | Física de Fluidos | Física Fundamental | Ciencia de los Materiales
En cumplimiento del nuevo modelo de Ciencia Abierta, nos complace anunciar el repositorio de datos de Physical Science Informatics (PSI) para los experimentos de ciencia física realizados en la Estación Espacial Internacional (ISS). El sistema PSI es accesible y está abierto al público. Esto ofrece la oportunidad a los investigadores de extraer los resultados de investigaciones de vuelos anteriores, ampliando la investigación realizada. Este enfoque permitirá realizar numerosas investigaciones en tierra a partir de los datos de un experimento de vuelo, aumentando exponencialmente nuestro conjunto de conocimientos. La PSI también cumple con la política de Datos Abiertos del Presidente. El sitio web se puede encontrar en http://psi.nasa.gov.
Biofísica
Macromoléculas biológicas | Biomateriales | Física biológica | Fluidos de la biología
En el laboratorio de la Estación Espacial Internacional, la NASA cultiva cristales de macromoléculas biológicas más perfectos y los analiza mediante un método conocido como difracción. La difracción dirige haces de luz o partículas a los cristales y luego estudia el patrón de dispersión para determinar la estructura de las moléculas que los forman. La falta de flujos de fluidos impulsados por la flotabilidad y la sedimentación en el espacio suele hacer que los cristales crezcan más lentamente de lo que lo harían en tierra y reduce los defectos de incorporación, lo que permite a los investigadores obtener mejores datos de difracción.
Ciencias de la combustión
Seguridad contra incendios en naves espaciales | Gotas | Gases – premezclados y no premezclados | Combustibles sólidos | Fluidos reactivos supercríticos
En los Estados Unidos, los procesos de combustión contribuyen a cerca del 85% de la energía suministrada y son una parte integral en muchos procesos de fabricación industrial. La combustión produce gases de efecto invernadero y hollín, que contribuyen al calentamiento global y causan importantes problemas de salud. El Programa de Ciencias de la Combustión lleva a cabo experimentos idealizados en la Estación Espacial Internacional, donde la ausencia de gravedad permite a los investigadores estudiar detalles de los procesos de combustión que no pueden estudiarse fácilmente en tierra. El entorno de la Estación Espacial también proporciona un importante banco de pruebas para estudiar el riesgo de incendio de las naves espaciales.
Aprenda más sobre la investigación de la ciencia de la combustión en el Centro de Investigación Glenn
Física de los fluidos
Flujo bifásico diabático | Ebullición y condensación | Flujo capilar y fenómenos interfaciales | Almacenamiento y manipulación criogénica
Un fluido es cualquier material que fluye en respuesta a una fuerza aplicada, por lo que los líquidos y los gases son fluidos. Su movimiento explica la mayor parte del transporte y la mezcla en los procesos naturales y artificiales y dentro de todos los organismos vivos. La física de los fluidos es el estudio del movimiento de los líquidos y los gases y el transporte asociado de masa, momento y energía. La necesidad de comprender mejor el comportamiento de los fluidos ha creado una comunidad de investigación multidisciplinar cuya vitalidad está marcada por la continua aparición de nuevos campos en la ciencia básica y aplicada. El entorno de baja gravedad de la Estación Espacial Internacional ofrece un lugar único para estudiar la física de los fluidos y los fenómenos de transporte. Las condiciones de casi ingravidez permiten a los investigadores observar y controlar los fenómenos de los fluidos de un modo que no es posible en la Tierra. Las áreas de investigación incluyen flujos bifásicos adiabáticos, ebullición y condensación de flujos, flujos capilares y fenómenos interfaciales, y flujos relacionados con sistemas criogénicos.
Aprenda más sobre la investigación en física de fluidos en el Centro de Investigación Glenn
Fluidos complejos
Coloides | Cristales líquidos | Espumas | Geles | Flujos granulares
El Programa de Investigación de Fluidos Complejos en Microgravedad estudia las mezclas binarias que constan de fases líquido-sólido, líquido-líquido o modelo líquido-gas. Las áreas de investigación incluyen sistemas coloidales, cristales líquidos, espumas, geles, emulsiones y flujos granulares. Este programa incluye temas de materia condensada blanda que abarcan una variedad de estados físicos que se deforman fácilmente por tensiones térmicas o fluctuaciones térmicas. En microgravedad, se eliminan los efectos de enmascaramiento por sedimentación y convección, de modo que la interacción de la fase dispersa y el medio de dispersión puede observarse en una escala de tiempo no disponible en la Tierra.
Conozca más sobre la investigación en física de fluidos en el Centro de Investigación Glenn
Física fundamental
Reloj óptico/atómico espacial | Prueba cuántica del principio de equivalencia | Física del átomo frío | Fenómenos de punto crítico | Plasmas polvorientos
El Programa de Física Fundamental realiza investigaciones cuidadosamente diseñadas en el espacio que hacen avanzar nuestra comprensión de las leyes físicas, los principios organizadores de la naturaleza y cómo estas leyes y principios pueden ser manipulados por los científicos y las tecnologías para beneficiar a la humanidad en la Tierra y en el espacio. La NASA está desarrollando un laboratorio de átomos fríos de calibre mundial para la Estación Espacial Internacional que permitirá a los científicos estudiar el comportamiento de los átomos a unas diez trillonésimas de grado del cero absoluto. La NASA también está colaborando estrechamente con científicos europeos y la Agencia Espacial Europea en los estudios de un conjunto de relojes atómicos en el espacio, en la investigación de fenómenos críticos a bordo de la instalación DECLIC-ALI del CNES, y en futuros experimentos destinados a campos tan amplios como los estudios de plasmas complejos en el espacio y la prueba cuántica del principio de equivalencia.
Aprenda más sobre la investigación en física fundamental en el laboratorio de Propulsión a Chorro
Ciencia de los materiales
Metales | Semiconductores | Polímeros y orgánicos | Vidrios y cerámicas | Materiales granulares
El Programa de Ciencia de los Materiales en Microgravedad lleva a cabo experimentos en la Estación Espacial Internacional diseñados para mejorar nuestra comprensión del procesamiento y las propiedades de los materiales. Este conocimiento científico se aplica después a los procesos industriales en la Tierra con el fin de conseguir materiales mejores y/o menos costosos. La Estación Espacial ofrece un entorno simplificado para el estudio de los materiales, ya que la convección impulsada por la sedimentación y la flotabilidad es casi insignificante y afecta a las observaciones. Esto ayuda a los científicos a aclarar el papel de los diferentes efectos en los procesos de los materiales. Muchos de los experimentos de ciencia de los materiales utilizarán el enfoque de Ciencia Abierta, conocido como Laboratorio de Materiales. Este enfoque se describe en la sección PSI más adelante.
Aprenda más sobre la investigación de materiales en el Centro de Vuelo Espacial Marshall
Aprenda más sobre el Rack-1 de Investigación de Ciencia de Materiales en la Estación Espacial Internacional
Aprenda más sobre la Caja de Guantes de Ciencia de Microgravedad en la Estación Espacial Internacional