Overview
NASA’s Physical Science Research Program has made contributions in two distinct areas: first, fundamental research, which investigates physical phenomena in the absence of gravity and fundamental laws of the universe, and second, applied research, which contributes to the basic understanding underlying space exploration technologies. Realizując te badania, nauki fizyczne dostarczają podstawowej wiedzy naukowej, wyników prowadzących do korzyści społecznych oraz przyczyniają się do podstawowego zrozumienia leżącego u podstaw technologii badania przestrzeni kosmicznej, takich jak wytwarzanie i przechowywanie energii, napęd kosmiczny, systemy podtrzymywania życia oraz monitorowanie i kontrola środowiska. Wszystkie one doprowadziły do ulepszenia systemów kosmicznych lub nowych produktów na Ziemi.
Nasze główne cele obejmują:
- Badanie podstawowych praw fizyki, często z wykorzystaniem mikrograwitacji lub odległości międzyplanetarnych jako narzędzi badawczych
- Zapewnienie mechanistycznego zrozumienia procesów leżących u podstaw technologii eksploracji kosmosu, takich jak wytwarzanie i przechowywanie energii, napęd kosmiczny, systemy podtrzymywania życia, oraz monitorowanie i kontrola środowiska
- Wspieranie transferu wiedzy i technologii badań kosmicznych do systemów naziemnych, aby przynieść korzyści życiu na Ziemi
- Rozwijanie najnowocześniejszych technologii ułatwiających badania w lotach kosmicznych
- Promowanie otwartej nauki poprzez dzielenie się danymi
Międzynarodowa Stacja Kosmiczna zapewnia bardzo pożądane warunki długotrwałej mikrograwitacji, umożliwiając ciągłe i interaktywne badania podobne do tych prowadzonych w laboratoriach na Ziemi, a nawet zapewniając w razie potrzeby wiarygodność statystyczną. Program skorzystał również na współpracy badawczej z partnerami Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (Rosja, Europa, Japonia, Kanada) i poszczególnymi rządami zagranicznymi z programami kosmicznymi, takimi jak Francja, Niemcy i Włochy.
Badania fizyczne NASA są zorganizowane w sześciu dyscyplinach – Biofizyka, Nauka o Spalaniu, Płyny Złożone, Fizyka Płynów, Fizyka Fundamentalna i Materiałoznawstwo. Prowadzone w środowisku prawie nieważkości, eksperymenty w tych dyscyplinach ujawniają, jak systemy fizyczne reagują na niemal całkowity brak napędzanej pływalnością konwekcji, sedymentacji czy zwisania. Odkrywają również, jak inne siły, takie jak siły kapilarne, które są małe w porównaniu z grawitacją, mogą zdominować zachowanie systemu w przestrzeni. Dane uzyskane z tych badań są przechowywane w Systemie Informatycznym Nauk Fizycznych NASA (PSI) i są dostępne publicznie.
Jeśli jesteś badaczem i jesteś zainteresowany dowiedzeniem się więcej o programie Nauk Fizycznych NASA, skontaktuj się z Dr. Brad Carpenter dla fizyki fundamentalnej, i Dr. Fran Chiaramonte dla wszystkich innych dyscyplin i PSI.
Następujące informacje są podsumowaniem sześciu dyscyplin i bazy danych PSI.
Physical Sciences Informatics System (baza danych)
Biophysics | Combustion Science | Complex Fluids | Fluid Physics | Fundamental Physics | Materials Science
W ramach realizacji nowego modelu Otwartej Nauki, mamy przyjemność ogłosić repozytorium danych Physical Science Informatics (PSI) dla eksperymentów z zakresu nauk fizycznych przeprowadzanych na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). System PSI jest dostępny i otwarty dla społeczeństwa. Daje to naukowcom możliwość eksploracji danych z wcześniejszych badań lotniczych, poszerzając zakres przeprowadzonych badań. Dzięki takiemu podejściu możliwe będzie przeprowadzenie licznych badań naziemnych na podstawie danych z jednego eksperymentu lotniczego, co wykładniczo zwiększy zasób naszej wiedzy. PSI spełnia również założenia prezydenckiej polityki otwartych danych. Stronę internetową można znaleźć pod adresem http://psi.nasa.gov.
Biofizyka
Makromolekuły biologiczne | Biomateriały | Fizyka biologiczna | Płyny biologiczne
W laboratorium Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, NASA hoduje bardziej doskonałe kryształy makromolekuł biologicznych i analizuje je za pomocą metody znanej jako dyfrakcja. Dyfrakcja celuje wiązki światła lub cząstek na kryształy, a następnie bada wzór rozpraszania w celu określenia struktury cząsteczek, które tworzą je. Brak napędzanych siłą wyporu przepływów płynów i sedymentacji w przestrzeni kosmicznej zwykle powoduje, że kryształy rosną wolniej niż na ziemi i redukuje defekty inkorporacji, pozwalając naukowcom uzyskać lepsze dane dyfrakcyjne.
Combustion Science
Spacecraft Fire Safety | Droplets | Gaseous – Premixed and Non-Premixed | Solid Fuels | Supercritical Reacting Fluids
W Stanach Zjednoczonych, procesy spalania przyczyniają się do około 85% dostarczanej energii i są integralną częścią wielu przemysłowych procesów produkcyjnych. Spalanie wytwarza gazy cieplarniane i sadzę, które przyczyniają się do globalnego ocieplenia i powodują poważne problemy zdrowotne. Combustion Science Program przeprowadza wyidealizowane eksperymenty na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie brak grawitacji pozwala badaczom na badanie szczegółów procesów spalania, które nie mogą być łatwo zbadane na ziemi. Środowisko Stacji Kosmicznej stanowi również ważny poligon doświadczalny do badania ryzyka pożaru statku kosmicznego.
Dowiedz się więcej o badaniach w dziedzinie spalania w Glenn Research Center
Fizyka płynów
Adiabatyczny przepływ dwufazowy | Wrzenie i kondensacja | Przepływ kapilarny i zjawiska międzyfazowe | Przechowywanie i obsługa w warunkach kriogenicznych
Płyn to każdy materiał, który płynie w odpowiedzi na przyłożoną siłę, dlatego ciecze i gazy są płynami. Ich ruch odpowiada za większość procesów transportu i mieszania w procesach naturalnych i stworzonych przez człowieka oraz we wszystkich organizmach żywych. Fizyka płynów jest badaniem ruchu cieczy i gazów oraz związanego z nim transportu masy, pędu i energii. Potrzeba lepszego zrozumienia zachowania płynów stworzyła multidyscyplinarną społeczność badawczą, której żywotność zaznacza się poprzez ciągłe powstawanie nowych dziedzin w naukach podstawowych i stosowanych. Środowisko niskiej grawitacji na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oferuje unikalne miejsce do badania fizyki płynów i zjawisk transportowych. Warunki bliskie nieważkości pozwalają badaczom obserwować i kontrolować zjawiska płynowe w sposób niemożliwy do osiągnięcia na Ziemi. Obszary badawcze obejmują adiabatyczne przepływy dwufazowe, wrzenie i kondensację, przepływy kapilarne i zjawiska międzyfazowe oraz przepływy związane z systemami kriogenicznymi.
Dowiedz się więcej o badaniach z zakresu fizyki płynów w Glenn Research Center
Płyny złożone
Koloidy | Ciekłe kryształy | Piany | Żele | Przepływy ziarniste
Program Badań Płynów Złożonych w Mikrograwitacji bada mieszaniny binarne, które składają się z faz ciecz-ciało stałe, ciecz-ciecz lub modelowa ciecz-gaz. Obszary badawcze obejmują systemy koloidalne, ciekłe kryształy, piany, żele, emulsje i przepływy granulowane. Program ten obejmuje tematykę miękkiej materii skondensowanej, która obejmuje różnorodne stany fizyczne, które łatwo ulegają deformacji pod wpływem naprężeń termicznych lub fluktuacji termicznych. W mikrograwitacji, efekty sedymentacji i maskowania konwekcji są usunięte, tak że interakcja fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego może być obserwowana w skali czasowej niedostępnej na Ziemi.
Dowiedz się więcej o badaniach fizyki płynów w Glenn Research Center
Fizyka podstawowa
Kosmiczny zegar optyczny/atomowy | Kwantowy test zasady równoważności | Fizyka zimnych atomów | Zjawiska punktu krytycznego | Pyłowe plazmy
Program Fizyki Fundamentalnej wykonuje starannie zaprojektowane badania w przestrzeni kosmicznej, które przyspieszają nasze zrozumienie praw fizycznych, zasad organizacji przyrody oraz tego, jak te prawa i zasady mogą być manipulowane przez naukowców i technologie, aby przynieść korzyści ludzkości na Ziemi i w kosmosie. NASA opracowuje światowej klasy kaliber laboratorium zimnego atomu dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, które pozwoli naukowcom badać zachowanie atomów w obrębie około dziesięciu bilionowych części stopnia zera bezwzględnego. NASA współpracuje również ściśle z europejskimi naukowcami i Europejską Agencją Kosmiczną w badaniach nad Atomic Clock Ensemble w kosmosie, w badaniach zjawisk krytycznych na pokładzie CNES DECLIC-ALI, oraz w przyszłych eksperymentach mających na celu takie szerokie dziedziny jak badania złożonych plazm w kosmosie i kwantowe testy zasady równoważności.
Dowiedz się więcej o badaniach fizyki fundamentalnej w Jet Propulsion Laboratory
Materiałoznawstwo
Metale | Półprzewodniki | Polimery i materiały organiczne | Szkła i ceramika | Materiały ziarniste
Program Nauki o Materiałach w Mikrograwitacji przeprowadza eksperymenty na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej zaprojektowane w celu poprawy naszego zrozumienia przetwarzania i właściwości materiałów. To naukowe zrozumienie jest następnie stosowane w ziemskich procesach przemysłowych w celu uzyskania lepszych i/lub tańszych materiałów. Stacja Kosmiczna zapewnia uproszczone środowisko do badania materiałów, ponieważ konwekcja napędzana sedymentacją i pływalnością ma prawie pomijalny wpływ na obserwacje. Pomaga to naukowcom wyjaśnić rolę różnych efektów w procesach materiałowych. Wiele eksperymentów z zakresu materiałoznawstwa będzie wykorzystywać podejście Open Science, znane jako Materials Lab. Podejście to jest opisane w sekcji PSI poniżej.
Dowiedz się więcej o badaniach materiałowych w Marshall Space Flight Center
Dowiedz się więcej o Materials Science Research Rack-1 na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej
Dowiedz się więcej o Microgravity Science Glovebox na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej
.