Overview
NASA 物理科学研究プログラムは、重力や宇宙の基本法則がない場合の物理現象を調べる基礎研究と、宇宙探査技術の基礎理解に貢献する応用研究という、二つの異なる領域で貢献してきた。 物理科学は、これらの研究を完成させることで、基礎的な科学知識を提供し、社会的利益につながる成果を上げ、発電・貯蔵、宇宙推進、生命維持システム、環境監視・制御などの宇宙探査技術の基礎的理解に貢献する。 これらはすべて、宇宙システムの改善や地上での新しい製品につながりました。
私たちの主な目的は以下のとおりです。
- 物理学の基本法則を調査し、しばしば研究ツールとして微小重力または惑星間距離のいずれかを使用する
- 発電と貯蔵、宇宙推進、生命維持システムなどの宇宙探査技術の基礎となるプロセスの機構的理解を提供する。 宇宙での研究の知識や技術を地上のシステムに移転し、地球上の生命に役立てること
- 宇宙飛行研究を促進する最先端技術の開発
- データ共有によるオープンサイエンスの推進
国際宇宙ステーションは、長期間の微小重力という非常に望ましい状態を提供しており、地上の研究所と同様の継続的かつインタラクティブな研究を可能にし、必要に応じて統計的妥当性を提供さえします。 また、国際宇宙ステーションのパートナー（ロシア、ヨーロッパ、日本、カナダ）や、フランス、ドイツ、イタリアなど宇宙計画を持つ個々の外国政府との研究協力からも恩恵を受けている。
NASAの物理科学研究は、生物物理、燃焼科学、複雑流体、流体物理、基礎物理、材料科学の6分野に分かれている。 ほぼ無重力の環境で行われるこれらの分野の実験では、浮力による対流、沈降、たるみがほとんどない状態で、物理システムがどのように反応するかが明らかにされています。 また、重力に比べれば小さな毛細管力などの他の力が、宇宙空間でのシステムの挙動を支配することも明らかにします。 これらの調査から得られたデータはNASAの物理科学情報システム（PSI）に保存され、一般に公開されている。
研究者でNASAの物理科学プログラムについてもっと知りたい場合は、基礎物理学についてはブラッド・カーペンター博士、その他のすべての分野とPSIについてはフラン・カイラモンテ博士に連絡を取ってほしい。
物理科学情報システム（データベース）
生物物理｜燃焼科学｜複雑流体｜流体物理｜基礎物理｜材料科学
新しいオープンサイエンスモデルを実現するために、国際宇宙ステーション（ISS）で行われた物理科学実験のための物理科学情報学（PSI）データリポジトリを発表することを嬉しく思っています。 PSIシステムはアクセス可能であり、一般に公開されている。 これにより、研究者は過去の飛行調査の結果をデータマイニングし、実施された研究を発展させる機会を得ることができます。 このアプローチにより、1つの飛行実験のデータから多数の地上調査を行うことができ、我々の知識体系が指数関数的に増加することになる。 PSIは大統領のオープンデータ政策にも合致しています。 ウェブサイトはhttp://psi.nasa.govで見ることができる。
生物物理学
生体高分子｜生体材料｜生物物理｜生物学の流体
国際宇宙ステーションの研究所で、NASAはより完璧な生体高分子結晶を育て、それを回折として知られる方法で解析しています。 回折は、光線または粒子を結晶に向け、その散乱パターンを研究して、結晶を形成する分子の構造を決定するものである。 宇宙では浮力による流体の流れや沈殿がないため、一般的に地上よりも結晶の成長が遅く、欠陥の取り込みが少ないため、より良い回折データを得ることができます。
Combustion Science
Spacecraft Fire Safety｜液滴｜気体 – 予混合および非予混合｜固体燃料｜超臨界反応流体
米国では、燃焼プロセスは供給されるエネルギーの約85%に寄与し、多くの工業生産プロセスで不可欠な部分となっています。 燃焼は温室効果ガスや煤を発生させ、地球温暖化の一因となり、健康面でも大きな問題を引き起こします。 燃焼科学プログラムでは、国際宇宙ステーションで理想的な実験を行い、重力のない宇宙では、地上では容易に研究できない燃焼プロセスの詳細を研究することができます。 また、宇宙ステーションの環境は、宇宙船の火災リスクを研究するための重要な実験台にもなっています。
グレン研究センターにおける燃焼科学研究の詳細
流体物理学
断熱二相流｜沸騰と凝縮｜毛管流と界面現象｜極低温貯蔵と取り扱い
流体とは、加えられた力に応じて流れるあらゆる物質のことで、したがって液体や気体も流体です。 その運動は、自然および人工のプロセス、そしてすべての生物体内における輸送と混合のほとんどを占めています。 流体物理学は、液体や気体の運動と、それに伴う質量、運動量、エネルギーの輸送を研究する学問である。 流体の挙動をよりよく理解する必要性から、学際的な研究コミュニティが形成され、基礎科学および応用科学における新しい分野の継続的な出現により、その活力が維持されています。 国際宇宙ステーションの低重力環境は、流体物理学と輸送現象を研究するためのユニークな場を提供しています。 ほぼ無重力の状態で、地上では不可能な流体現象の観測や制御が可能です。 研究分野は、断熱二相流、沸騰・凝縮流、毛細管流、界面現象、極低温システムに関する流体などです。
グレン研究センターの流体物理学の研究についてはこちら
Complex Fluids
コロイド｜液晶｜泡｜ゲル｜粒状流
The Microgravity Complex Fluids Research Programは、液-固、液-液、またはモデル液-気相からなる二成分混合物を研究しています。 研究分野はコロイド系、液晶、フォーム、ゲル、エマルジョン、粒状流などである。 このプログラムでは、熱応力や熱揺らぎによって容易に変形する様々な物理状態にまたがるソフトな凝縮系をテーマとしています。 微小重力環境では、沈降や対流のマスキング効果が除去されるため、分散相と分散媒の相互作用を地上では得られない時間スケールで観察することができます。
グレン研究センターでの流体物理学の研究について
基礎物理学
宇宙光・原子時計｜量子等価原理検証｜冷たい原子物理｜臨界点現象｜ダスティプラズマ
基礎物理学プログラムでは、物理法則、自然の組織化原理、そしてこれらの法則や原理が科学者や技術によってどのように操作され、地球や宇宙で人類の役に立つかについての我々の理解を深めるために、宇宙で慎重に計画した研究を実施します。 NASAは、国際宇宙ステーションに世界最高水準の冷原子実験室を設置し、絶対零度から10兆分の1度以内の原子の挙動を研究できるようにする計画を進めています。 また、NASAは欧州の科学者や欧州宇宙機関と密接に協力し、宇宙での原子時計アンサンブルの研究、CNES DECLIC-ALI施設での臨界現象の研究、宇宙での複雑なプラズマの研究、等価原理の量子テストなどの広範な分野を目指す将来の実験に取り組んでいます。
ジェット推進研究所における基礎物理学研究
材料科学
金属｜半導体｜高分子と有機物｜ガラスとセラミックス｜粒状材料
微小重力材料科学プログラムは、国際宇宙ステーションで、材料の加工と特性に関する理解を深めるための実験を行っています。 この科学的な理解は、より優れた、あるいはより安価な材料を実現するために、地球上の工業プロセスに適用されます。 宇宙ステーションは、堆積や浮力による対流が観測にほとんど影響を与えないため、材料の研究に最適な環境と言えます。 このため、材料プロセスにおけるさまざまな効果の役割を明らかにすることができます。 材料科学の実験の多くは、材料ラボと呼ばれるオープンサイエンスの手法を用います。 このアプローチについては、以下のPSIのセクションで説明しています。
マーシャル宇宙飛行センターの材料研究についてもっと知る
国際宇宙ステーションの材料科学研究ラック1についてもっと知る
国際宇宙ステーションの微少重力科学グローブボックスについてもっと知る