Overview
Il Physical Science Research Program della NASA ha dato contributi in due aree distinte: la prima, la ricerca fondamentale, che indaga i fenomeni fisici in assenza di gravità e le leggi fondamentali dell’universo, e la seconda, la ricerca applicata, che contribuisce alla comprensione di base delle tecnologie di esplorazione dello spazio. Nel completare queste indagini, le scienze fisiche forniscono conoscenze scientifiche di base, risultati che portano a vantaggi per la società e contributi alla comprensione di base delle tecnologie di esplorazione dello spazio, come la generazione e l’immagazzinamento dell’energia, la propulsione spaziale, i sistemi di supporto vitale, il monitoraggio e il controllo ambientale. Tutti hanno portato a sistemi spaziali migliorati o a nuovi prodotti sulla Terra.
I nostri obiettivi principali includono:
- Indagare le leggi fondamentali della fisica, spesso usando la microgravità o le distanze interplanetarie come strumenti di ricerca
- Fornire una comprensione meccanicistica dei processi alla base delle tecnologie di esplorazione spaziale come la generazione e l’immagazzinamento di energia, la propulsione spaziale, i sistemi di supporto vitale, e il monitoraggio e controllo ambientale
- Sostenere il trasferimento di conoscenze e tecnologie della ricerca spaziale ai sistemi terrestri a beneficio della vita sulla Terra
- Sviluppare tecnologie all’avanguardia per facilitare la ricerca sui voli spaziali
- Promuovere la scienza aperta attraverso la condivisione dei dati
La Stazione Spaziale Internazionale fornisce la condizione altamente desiderata di microgravità di lunga durata, permettendo una ricerca continua e interattiva simile ai laboratori sulla Terra, anche fornendo validità statistica quando richiesto. Il programma ha anche beneficiato di collaborazioni di ricerca con i partner della Stazione Spaziale Internazionale (Russia, Europa, Giappone, Canada) e singoli governi stranieri con programmi spaziali, come Francia, Germania e Italia.
La ricerca di scienze fisiche della NASA è organizzata in sei discipline – biofisica, scienza della combustione, fluidi complessi, fisica dei fluidi, fisica fondamentale e scienza dei materiali. Condotti in un ambiente quasi privo di peso, gli esperimenti in queste discipline rivelano come i sistemi fisici rispondono alla quasi assenza di convezione, sedimentazione o cedimento guidati dalla galleggiabilità. Essi rivelano anche come altre forze, come le forze capillari, che sono piccole rispetto alla gravità, possono dominare il comportamento del sistema nello spazio. I dati acquisiti da queste indagini sono memorizzati nel Physical Sciences Informatics System (PSI) della NASA e sono disponibili al pubblico.
Se sei un ricercatore e sei interessato a saperne di più sul programma di scienze fisiche della NASA, contatta il dottor Brad Carpenter per la fisica fondamentale, e il dottor Fran Chiaramonte per tutte le altre discipline e il PSI.
Le seguenti informazioni sono un riassunto delle sei discipline e del database PSI.
Physical Sciences Informatics System (database)
Biofisica | Scienza della combustione | Fluidi complessi | Fisica dei fluidi | Fisica fondamentale | Scienza dei materiali
In adempimento del nuovo modello di Open Science, siamo lieti di annunciare il repository di dati di Physical Science Informatics (PSI) per gli esperimenti di scienze fisiche effettuati sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Il sistema PSI è accessibile e aperto al pubblico. Questo offre l’opportunità ai ricercatori di estrarre i dati dai risultati delle precedenti indagini di volo, ampliando la ricerca effettuata. Questo approccio permetterà di condurre numerose indagini a terra a partire dai dati di un esperimento di volo, aumentando esponenzialmente il nostro corpo di conoscenze. PSI soddisfa anche la politica Open Data del presidente. Il sito web può essere trovato a http://psi.nasa.gov.
Biofisica
Macromolecole biologiche | Biomateriali | Fisica Biologica | Fluidi della Biologia
Nel laboratorio della Stazione Spaziale Internazionale, la NASA fa crescere cristalli di macromolecole biologiche più perfetti e li analizza usando un metodo noto come diffrazione. La diffrazione punta fasci di luce o particelle sui cristalli e poi studia il modello di diffusione per determinare la struttura delle molecole che li formano. La mancanza di flussi di fluidi guidati dalla spinta di galleggiamento e la sedimentazione nello spazio fanno sì che i cristalli crescano più lentamente di quanto farebbero sulla terra e riduce i difetti di incorporazione permettendo ai ricercatori di ottenere dati di diffrazione migliori.
Scienza della combustione
Sicurezza antincendio dei veicoli spaziali | Gocce | Gassosi – Premiscelati e non premiscelati | Combustibili solidi | Fluidi reattivi supercritici
Negli Stati Uniti, i processi di combustione contribuiscono a circa l’85% dell’energia fornita e sono parte integrante di molti processi di fabbricazione industriale. La combustione produce gas serra e fuliggine, che contribuiscono al riscaldamento globale e causano preoccupazioni significative per la salute. Il Combustion Science Program conduce esperimenti idealizzati sulla Stazione Spaziale Internazionale dove la rimozione della gravità permette ai ricercatori di studiare i dettagli dei processi di combustione che non possono essere facilmente studiati a terra. L’ambiente della Stazione Spaziale fornisce anche un importante banco di prova per studiare il rischio di incendio dei veicoli spaziali.
Scopri di più sulla ricerca nella scienza della combustione al Glenn Research Center
Fisica dei fluidi
Flusso bifase adiabatico | Ebollizione e condensazione | Flusso capillare e fenomeni interfacciali | Stoccaggio e manipolazione criogenica
Un fluido è qualsiasi materiale che scorre in risposta ad una forza applicata, quindi liquidi e gas sono fluidi. Il loro movimento spiega la maggior parte del trasporto e della miscelazione nei processi naturali e artificiali e in tutti gli organismi viventi. La fisica dei fluidi è lo studio del movimento dei liquidi e dei gas e del trasporto associato di massa, quantità di moto ed energia. La necessità di comprendere meglio il comportamento dei fluidi ha creato una comunità di ricerca multidisciplinare la cui vitalità continua è segnata dal continuo emergere di nuovi campi nella scienza di base e applicata. L’ambiente a bassa gravità della Stazione Spaziale Internazionale offre un luogo unico per studiare la fisica dei fluidi e i fenomeni di trasporto. Le condizioni di quasi assenza di peso permettono ai ricercatori di osservare e controllare i fenomeni dei fluidi in modi non possibili sulla Terra. Le aree di ricerca includono flussi bifase adiabatici, ebollizione e condensazione, flussi capillari e fenomeni interfacciali, e flussi relativi a sistemi criogenici.
Per saperne di più sulla ricerca in fisica dei fluidi al Glenn Research Center
Fluidi complessi
Colloidi | Cristalli liquidi | Schiume | Gel | Flussi granulari
Il Microgravity Complex Fluids Research Program studia miscele binarie che consistono di fasi liquido-solido, liquido-liquido o modello liquido-gas. Le aree di ricerca includono sistemi colloidali, cristalli liquidi, schiume, gel, emulsioni e flussi granulari. Questo programma include temi di materia condensata morbida che abbracciano una varietà di stati fisici che sono facilmente deformabili da stress termici o fluttuazioni termiche. In microgravità, la sedimentazione e gli effetti di mascheramento della convezione sono rimossi in modo che l’interazione della fase dispersa e del mezzo di dispersione possa essere osservata su una scala temporale non disponibile sulla Terra.
Per saperne di più sulla ricerca in fisica dei fluidi al Glenn Research Center
Fisica fondamentale
Orologio ottico/atomico spaziale | Test quantistico del principio di equivalenza | Fisica dell’atomo freddo | Fenomeni del punto critico | Plasmi polverosi
Il Programma di Fisica Fondamentale esegue ricerche accuratamente progettate nello spazio che fanno progredire la nostra comprensione delle leggi fisiche, dei principi organizzatori della natura e di come queste leggi e principi possono essere manipolati da scienziati e tecnologie a beneficio dell’umanità sulla Terra e nello spazio. La NASA sta sviluppando un laboratorio di atomi freddi di livello mondiale per la Stazione Spaziale Internazionale che permetterà agli scienziati di studiare il comportamento degli atomi entro circa dieci trilionesimi di grado dallo zero assoluto. La NASA sta anche collaborando strettamente con gli scienziati europei e l’Agenzia Spaziale Europea negli studi di un insieme di orologi atomici nello spazio, nella ricerca di fenomeni critici a bordo della struttura DECLIC-ALI del CNES, e in futuri esperimenti mirati a campi così vasti come gli studi di plasmi complessi nello spazio e il test quantistico del principio di equivalenza.
Scopri di più sulla ricerca fisica fondamentale al Jet Propulsion Laboratory
Scienza dei materiali
Metalli | Semiconduttori | Polimeri e Organici | Vetri e Ceramiche | Materiali Granulari
Il Microgravity Materials Science Program conduce esperimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale per migliorare la nostra comprensione della lavorazione e delle proprietà dei materiali. Questa comprensione scientifica viene poi applicata ai processi industriali sulla Terra per ottenere materiali migliori e/o meno costosi. La Stazione Spaziale fornisce un ambiente semplificato per studiare i materiali, dal momento che la convezione guidata dalla sedimentazione e dal galleggiamento è quasi trascurabile e influenza le osservazioni. Questo aiuta gli scienziati a chiarire il ruolo dei diversi effetti sui processi dei materiali. Molti degli esperimenti di scienza dei materiali useranno l’approccio Open Science, noto come Materials Lab. Questo approccio è descritto nella sezione PSI qui sotto.
Scopri di più sulla ricerca sui materiali al Marshall Space Flight Center
Scopri di più sul Materials Science Research Rack-1 sulla Stazione Spaziale Internazionale
Scopri di più sul Microgravity Science Glovebox sulla Stazione Spaziale Internazionale