Overview
NASA’s Physical Science Research Program heeft bijdragen geleverd op twee verschillende gebieden: ten eerste fundamenteel onderzoek, waarbij fysische verschijnselen in afwezigheid van zwaartekracht en fundamentele wetten van het heelal worden onderzocht, en ten tweede toegepast onderzoek, dat bijdraagt tot het fundamentele begrip dat ten grondslag ligt aan ruimteverkenningstechnologieën. Bij de voltooiing van deze onderzoeken levert de natuurwetenschappen wetenschappelijke basiskennis op, resultaten die leiden tot maatschappelijk nut, en bijdragen tot het fundamentele inzicht dat ten grondslag ligt aan ruimteverkenningstechnologieën zoals energieopwekking en -opslag, ruimtevoortstuwing, levensondersteunende systemen, en monitoring en controle van het milieu. Alle hebben geleid tot verbeterde ruimtesystemen of nieuwe producten op aarde.
Onze kerndoelstellingen omvatten:
- Onderzoek doen naar fundamentele natuurkundige wetten, vaak met gebruikmaking van microzwaartekracht of interplanetaire afstanden als onderzoeksinstrumenten
- Mechanistisch inzicht verschaffen in processen die ten grondslag liggen aan ruimteverkenningstechnologieën, zoals energieopwekking en -opslag, ruimtevoortstuwing, levensondersteunende systemen, en milieumonitoring en -controle
- Ondersteuning van de overdracht van kennis en technologie van ruimteonderzoek naar terrestrische systemen ten behoeve van het leven op aarde
- Ontwikkeling van geavanceerde technologieën om ruimteonderzoek te vergemakkelijken
- Bevordering van open wetenschap door het delen van gegevens
Het internationale ruimtestation biedt de zeer gewenste toestand van langdurige microzwaartekracht, waardoor continu en interactief onderzoek mogelijk is dat vergelijkbaar is met aardse laboratoria, en zelfs statistische validiteit biedt wanneer dat nodig is. Het programma heeft ook geprofiteerd van onderzoekssamenwerkingen met de partners van het Internationale Ruimtestation (Rusland, Europa, Japan, Canada) en afzonderlijke buitenlandse regeringen met ruimteprogramma’s, zoals Frankrijk, Duitsland en Italië.
NASA’s natuurwetenschappelijk onderzoek is georganiseerd in zes disciplines – Biofysica, Verbrandingswetenschap, Complexe vloeistoffen, Vloeistoffysica, Fundamentele fysica en Materialenkennis. Experimenten in deze disciplines, die worden uitgevoerd in een bijna gewichtloze omgeving, laten zien hoe fysische systemen reageren op de bijna afwezigheid van door drijfvermogen aangedreven convectie, sedimentatie of uitzakking. Zij laten ook zien hoe andere krachten, zoals capillaire krachten, die klein zijn vergeleken met de zwaartekracht, het systeemgedrag in de ruimte kunnen domineren. De gegevens van deze onderzoeken worden opgeslagen in NASA’s Physical Sciences Informatics System (PSI) en zijn beschikbaar voor het publiek.
Als u een onderzoeker bent en geïnteresseerd bent in meer informatie over NASA’s Physical Sciences programma, neem dan contact op met Dr. Brad Carpenter voor fundamentele natuurkunde, en Dr. Fran Chiaramonte voor alle andere disciplines en PSI.
De volgende informatie is een samenvatting van de zes disciplines en de PSI database.
Physical Sciences Informatics System (database)
Biophysics | Combustion Science | Complex Fluids | Fluid Physics | Fundamental Physics | Materials Science
In overeenstemming met het nieuwe Open Science-model zijn we verheugd de Physical Science Informatics (PSI) data repository aan te kondigen voor natuurwetenschappelijke experimenten die zijn uitgevoerd op het International Space Station (ISS). Het PSI-systeem is toegankelijk en open voor het publiek. Dit biedt onderzoekers de mogelijkheid om resultaten van eerdere vluchtonderzoeken te dataminen en zo het uitgevoerde onderzoek uit te breiden. Dankzij deze aanpak kunnen talrijke onderzoeken op de grond worden uitgevoerd op basis van de gegevens van één vluchtexperiment, waardoor onze kennis exponentieel toeneemt. Het PSI voldoet ook aan het Open Data-beleid van de president. De website is te vinden op http://psi.nasa.gov.
Biophysics
Biological Macromolecules | Biomaterials | Biological Physics | Fluids of Biology
In het laboratorium van het internationale ruimtestation kweekt NASA perfectere biologische macromoleculen kristallen en analyseert deze met behulp van een methode die bekend staat als diffractie. Diffractie richt lichtbundels of deeltjes op de kristallen en bestudeert vervolgens het verstrooiingspatroon om de structuur van de moleculen die ze vormen te bepalen. Een gebrek aan door drijfvermogen aangedreven vloeistofstromen en sedimentatie in de ruimte veroorzaken meestal dat kristallen langzamer groeien dan ze op de grond zouden doen en vermindert incorporatiedefecten waardoor onderzoekers betere diffractiegegevens kunnen verkrijgen.
Combustion Science
Spacecraft Fire Safety | Droplets | Gaseous – Premixed and Non-Premixed | Solid Fuels | Supercritical Reacting Fluids
In de Verenigde Staten leveren verbrandingsprocessen ongeveer 85% van de geleverde energie en ze vormen een integraal onderdeel van veel industriële fabricageprocessen. Verbranding produceert broeikasgassen en roet, wat bijdraagt tot de opwarming van de aarde en aanzienlijke gezondheidsproblemen veroorzaakt. Het programma Verbrandingswetenschappen voert geïdealiseerde experimenten uit in het internationale ruimtestation, waar de onderzoekers door het wegvallen van de zwaartekracht details van de verbrandingsprocessen kunnen bestuderen die op de grond niet gemakkelijk kunnen worden bestudeerd. De omgeving van het ruimtestation vormt ook een belangrijke proefbank voor het bestuderen van het brandrisico van ruimtevaartuigen.
Lees meer over verbrandingswetenschappelijk onderzoek op het Glenn Research Center
Fluid Physics
Adiabatic Two-phase Flow | Boiling and Condensation | Capillary Flow and Interfacial Phenomena | Cryogenic Storage and Handling
Een vloeistof is elk materiaal dat stroomt als reactie op een toegepaste kracht, dus vloeistoffen en gassen zijn vloeistoffen. Hun beweging is verantwoordelijk voor het meeste transport en vermenging in natuurlijke en door de mens veroorzaakte processen en in alle levende organismen. Vloeistoffysica is de studie van vloeistof- en gasbewegingen en het daarmee gepaard gaande transport van massa, momentum en energie. De noodzaak om het gedrag van vloeistoffen beter te begrijpen heeft een multidisciplinaire onderzoeksgemeenschap doen ontstaan waarvan de voortdurende vitaliteit wordt gekenmerkt door het voortdurend ontstaan van nieuwe gebieden in de fundamentele en toegepaste wetenschap. De lage-zwaartekrachtomgeving van het internationale ruimtestation biedt een unieke plaats om vloeistoffysica en transportverschijnselen te bestuderen. In bijna gewichtloze omstandigheden kunnen onderzoekers vloeistofverschijnselen observeren en controleren op manieren die op aarde niet mogelijk zijn. Onderzoeksgebieden zijn onder meer adiabatische twee-fasenstromingen, stromingskoken en -condensatie, capillaire stromingen en interfaciale verschijnselen, en stromingen in verband met cryogene systemen.
Lees meer over het vloeistoffysisch onderzoek aan het Glenn Research Center
Complexe vloeistoffen
Colloids | Liquid Crystals | Foams | Gels | Granular Flows
Het Microgravity Complex Fluids Research Program bestudeert binaire mengsels die bestaan uit vloeistof-vaste, vloeistof-vloeistof of modelvloeistof-gas fasen. Onderzoeksgebieden zijn onder meer colloïdale systemen, vloeibare kristallen, schuimen, gels, emulsies en korrelvormige stromingen. Dit programma omvat zachte gecondenseerde materie-thema’s die een verscheidenheid van fysische toestanden omvatten die gemakkelijk vervormd kunnen worden door thermische spanningen of thermische fluctuaties. In microzwaartekracht worden sedimentatie- en convectiemaskereffecten opgeheven, zodat de interactie tussen de gedispergeerde fase en het dispersiemedium kan worden waargenomen op een tijdschaal die op aarde niet beschikbaar is.
Lees meer over het onderzoek naar vloeistoffysica in het Glenn Research Center
Fundamentele Fysica
Space Optical/Atomic Clock | Quantum Test of Equivalence Principle | Cold Atom Physics | Critical Point Phenomena | Dusty Plasmas
Het programma Fundamentele natuurkunde voert zorgvuldig opgezet onderzoek in de ruimte uit dat ons begrip van natuurkundige wetten, de ordenende principes van de natuur, en hoe deze wetten en principes kunnen worden gemanipuleerd door wetenschappers en technologieën ten goede komt aan de mensheid op aarde en in de ruimte, bevordert. De NASA ontwikkelt voor het internationale ruimtestation een koud atoomlaboratorium van wereldklasse dat wetenschappers in staat zal stellen het gedrag van atomen te bestuderen tot op ongeveer tien triljoenste van een graad van het absolute nulpunt. NASA werkt ook nauw samen met Europese wetenschappers en het Europees Ruimteagentschap bij studies van een atoomklokensemble in de ruimte, bij onderzoek naar kritische verschijnselen aan boord van de DECLIC-ALI-faciliteit van CNES, en bij toekomstige experimenten die gericht zijn op zulke uiteenlopende gebieden als studies van complexe plasma’s in de ruimte en kwantumtests van het equivalentieprincipe.
Lees meer over fundamenteel natuurkundig onderzoek bij het Jet Propulsion laboratorium
Materialenwetenschap
Metalen | Halfgeleiders | Polymeren en Organische materialen | Glas en Keramiek | Korrelige materialen
Het Microgravity Materials Science Program voert experimenten uit in het internationale ruimtestation om ons inzicht in de verwerking en eigenschappen van materialen te verbeteren. Dit wetenschappelijk inzicht wordt vervolgens toegepast op industriële processen op aarde om betere en/of minder dure materialen te verkrijgen. Het ruimtestation biedt een vereenvoudigde omgeving om materialen te bestuderen, aangezien sedimentatie en door de opwaartse druk veroorzaakte convectie de waarnemingen bijna niet beïnvloeden. Dit helpt wetenschappers om de rol van verschillende effecten op materiaalprocessen te verduidelijken. Bij veel van de materiaalkundige experimenten zal gebruik worden gemaakt van de Open Science-benadering, bekend als Materials Lab. Deze aanpak wordt beschreven in de PSI-sectie hieronder.
Meer informatie over materiaalonderzoek op het Marshall Space Flight Center
Meer informatie over Materials Science Research Rack-1 op het internationale ruimtestation
Meer informatie over Microgravity Science Glovebox op het internationale ruimtestation