Overview
Le programme de recherche en sciences physiques de la NASA a apporté des contributions dans deux domaines distincts : premièrement, la recherche fondamentale, qui étudie les phénomènes physiques en l’absence de gravité et les lois fondamentales de l’univers, et deuxièmement, la recherche appliquée, qui contribue à la compréhension de base sous-jacente aux technologies d’exploration spatiale. En menant à bien ces recherches, les sciences physiques fournissent des connaissances scientifiques de base, des résultats qui profitent à la société et des contributions à la compréhension fondamentale des technologies d’exploration spatiale telles que la production et le stockage d’énergie, la propulsion spatiale, les systèmes de survie et la surveillance et le contrôle de l’environnement. Tous ont conduit à des systèmes spatiaux améliorés ou à de nouveaux produits sur Terre.
Nos objectifs fondamentaux comprennent :
- Investir les lois fondamentales de la physique, en utilisant souvent la microgravité ou les distances interplanétaires comme outils de recherche
- Fournir une compréhension mécaniste des processus sous-jacents aux technologies d’exploration spatiale telles que la production et le stockage d’énergie, la propulsion spatiale, les systèmes de maintien de la vie, et la surveillance et le contrôle de l’environnement
- Soutenir le transfert des connaissances et des technologies de la recherche spatiale vers les systèmes terrestres afin de bénéficier à la vie sur Terre
- Développer des technologies de pointe pour faciliter la recherche dans les vols spatiaux
- Promouvoir la science ouverte par le partage des données
La Station spatiale internationale offre la condition très souhaitée de microgravité de longue durée, permettant une recherche continue et interactive similaire aux laboratoires terrestres, fournissant même une validité statistique lorsque cela est nécessaire. Le programme a également bénéficié de collaborations de recherche avec les partenaires de la Station spatiale internationale (Russie, Europe, Japon, Canada) et les différents gouvernements étrangers ayant des programmes spatiaux, comme la France, l’Allemagne et l’Italie.
La recherche en sciences physiques de la NASA est organisée en six disciplines – Biophysique, Science de la combustion, Fluides complexes, Physique des fluides, Physique fondamentale et Science des matériaux. Réalisées dans un environnement en quasi-apesanteur, les expériences menées dans ces disciplines révèlent comment les systèmes physiques réagissent à la quasi-absence de convection, de sédimentation ou d’affaissement induits par la flottabilité. Elles révèlent également comment d’autres forces, telles que les forces capillaires, qui sont faibles par rapport à la gravité, peuvent dominer le comportement du système dans l’espace. Les données acquises dans le cadre de ces recherches sont stockées dans le système informatique des sciences physiques (PSI) de la NASA et sont accessibles au public.
Si vous êtes chercheur et souhaitez en savoir plus sur le programme des sciences physiques de la NASA, veuillez contacter le Dr Brad Carpenter pour la physique fondamentale, et le Dr Fran Chiaramonte pour toutes les autres disciplines et le PSI.
Les informations suivantes sont un résumé des six disciplines et de la base de données PSI.
Système informatique des sciences physiques (base de données)
Biophysique | Science de la combustion | Fluides complexes | Physique des fluides | Physique fondamentale | Science des matériaux
En application du nouveau modèle de science ouverte, nous avons le plaisir d’annoncer le dépôt de données Physical Science Informatics (PSI) pour les expériences de sciences physiques réalisées sur la Station spatiale internationale (ISS). Le système PSI est accessible et ouvert au public. Les chercheurs ont ainsi la possibilité d’exploiter les résultats des vols précédents et d’approfondir les recherches effectuées. Cette approche permettra de mener de nombreuses recherches au sol à partir des données d’une expérience de vol, augmentant ainsi de façon exponentielle notre corpus de connaissances. L’ISP répond également à la politique d’ouverture des données du président. Le site web se trouve à l’adresse http://psi.nasa.gov.
Biophysique
Macromolécules biologiques | Biomatériaux | Physique biologique | Fluides de la biologie
Dans le laboratoire de la Station spatiale internationale, la NASA fait pousser des cristaux de macromolécules biologiques plus parfaits et les analyse en utilisant une méthode connue sous le nom de diffraction. La diffraction dirige des faisceaux de lumière ou de particules vers les cristaux, puis étudie le modèle de diffusion pour déterminer la structure des molécules qui les forment. L’absence de flux de fluides induits par la flottabilité et la sédimentation dans l’espace provoquent généralement une croissance plus lente des cristaux que sur le sol et réduit les défauts d’incorporation permettant aux chercheurs d’obtenir de meilleures données de diffraction.
Science de la combustion
Sécurité incendie des engins spatiaux | Gouttelettes | Gazeux – prémélangés et non prémélangés | Combustibles solides | Fluides réactifs supercritiques
Aux États-Unis, les processus de combustion contribuent à environ 85% de l’énergie livrée et font partie intégrante de nombreux processus de fabrication industrielle. La combustion produit des gaz à effet de serre et de la suie, ce qui contribue au réchauffement de la planète et cause des problèmes de santé importants. Le programme scientifique sur la combustion mène des expériences idéalisées à bord de la Station spatiale internationale, où l’absence de gravité permet aux chercheurs d’étudier les détails des processus de combustion qui ne peuvent être étudiés facilement au sol. L’environnement de la station spatiale constitue également un important banc d’essai pour étudier les risques d’incendie des engins spatiaux.
En savoir plus sur la recherche en sciences de la combustion au Glenn Research Center
Physique des fluides
Écoulement diphasique adiabatique | Ébullition et condensation | Écoulement capillaire et phénomènes interfaciaux | Stockage et manipulation cryogéniques
Un fluide est toute matière qui s’écoule en réponse à une force appliquée, donc les liquides et les gaz sont des fluides. Leur mouvement explique la plupart des transports et des mélanges dans les processus naturels et artificiels et au sein de tous les organismes vivants. La physique des fluides est l’étude du mouvement des liquides et des gaz et du transport associé de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie. La nécessité de mieux comprendre le comportement des fluides a donné naissance à une communauté de recherche multidisciplinaire dont la vitalité est marquée par l’émergence continue de nouveaux domaines dans les sciences fondamentales et appliquées. L’environnement de faible gravité de la Station spatiale internationale offre un lieu unique pour étudier la physique des fluides et les phénomènes de transport. Les conditions de quasi-apesanteur permettent aux chercheurs d’observer et de contrôler les phénomènes fluides d’une manière impossible sur Terre. Les domaines de recherche comprennent les écoulements diphasiques adiabatiques, l’ébullition et la condensation des écoulements, les écoulements capillaires et les phénomènes interfaciaux, ainsi que les écoulements liés aux systèmes cryogéniques.
En savoir plus sur la recherche en physique des fluides au Glenn Research Center
Fluides complexes
Colloïdes | Cristaux liquides | Mousses | Gels | Écoulements granulaires
Le programme de recherche sur les fluides complexes en microgravité étudie les mélanges binaires qui consistent en des phases liquide-solide, liquide-liquide ou liquide-gaz modèle. Les domaines de recherche comprennent les systèmes colloïdaux, les cristaux liquides, les mousses, les gels, les émulsions et les écoulements granulaires. Ce programme inclut des thèmes de matière condensée molle qui couvrent une variété d’états physiques qui sont facilement déformés par des contraintes thermiques ou des fluctuations thermiques. En microgravité, les effets de masquage de la sédimentation et de la convection sont supprimés de sorte que l’interaction de la phase dispersée et du milieu de dispersion peut être observée à une échelle de temps non disponible sur Terre.
En savoir plus sur la recherche en physique des fluides au Glenn Research Center
Physique fondamentale
Horloge spatiale optique/atomique | Test quantique du principe d’équivalence | Physique des atomes froids | Phénomènes de point critique | Plasmas poussiéreux
Le programme de physique fondamentale effectue des recherches soigneusement conçues dans l’espace qui font progresser notre compréhension des lois physiques, des principes organisateurs de la nature et de la façon dont ces lois et principes peuvent être manipulés par les scientifiques et les technologies au profit de l’humanité sur Terre et dans l’espace. La NASA développe actuellement un laboratoire d’atomes froids de calibre mondial pour la station spatiale internationale, qui permettra aux scientifiques d’étudier le comportement des atomes à quelques dix trillionièmes de degré du zéro absolu. La NASA collabore également étroitement avec des scientifiques européens et l’Agence spatiale européenne dans le cadre d’études d’un ensemble d’horloges atomiques dans l’espace, de recherches sur les phénomènes critiques à bord de l’installation DECLIC-ALI du CNES, et d’expériences futures visant des domaines aussi vastes que les études de plasmas complexes dans l’espace et le test quantique du principe d’équivalence.
En savoir plus sur la recherche en physique fondamentale au Jet Propulsion laboratory
Science des matériaux
Métaux | Semiconducteurs | Polymères et Organiques | Verres et Céramiques | Matériaux granulaires
Le programme de science des matériaux en microgravité mène des expériences sur la Station spatiale internationale conçues pour améliorer notre compréhension du traitement et des propriétés des matériaux. Cette compréhension scientifique est ensuite appliquée aux processus industriels terrestres afin d’obtenir des matériaux de meilleure qualité et/ou moins coûteux. La station spatiale offre un environnement simplifié pour l’étude des matériaux, car la convection due à la sédimentation et à la flottabilité est pratiquement négligeable dans les observations. Cela aide les scientifiques à clarifier le rôle des différents effets sur les processus des matériaux. De nombreuses expériences en science des matériaux utiliseront l’approche Open Science, connue sous le nom de Materials Lab. Cette approche est décrite dans la section PSI ci-dessous.
En savoir plus sur la recherche sur les matériaux au Marshall Space Flight Center
En savoir plus sur le Rack-1 de recherche en sciences des matériaux sur la Station spatiale internationale
En savoir plus sur la boîte à gants des sciences en microgravité sur la Station spatiale internationale
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