Översikt
NASA:s forskningsprogram för fysikaliska vetenskaper har bidragit på två olika områden: för det första grundforskning, som undersöker fysikaliska fenomen i avsaknad av gravitation och universums grundläggande lagar, och för det andra tillämpad forskning, som bidrar till den grundläggande förståelsen som ligger till grund för teknik för rymdforskning. Genom att genomföra dessa undersökningar ger fysikaliska vetenskaper grundläggande vetenskaplig kunskap, resultat som leder till samhällsnytta och bidrag till den grundläggande förståelse som ligger till grund för rymdforskningsteknik, t.ex. kraftgenerering och lagring, rymdframdrivning, livsuppehållande system samt miljöövervakning och miljökontroll. Alla har lett till förbättrade rymdsystem eller nya produkter på jorden.
Våra huvudmål är bland annat följande:
- Undersöka grundläggande fysikaliska lagar, ofta med antingen mikrogravitation eller interplanetära avstånd som forskningsverktyg
- Göra mekanistisk förståelse av processer som ligger till grund för teknik för rymdutforskning, t.ex. kraftgenerering och lagring, rymdframdrivning, livsuppehållande system, samt miljöövervakning och miljökontroll
- Stödja överföringen av kunskap och teknik från rymdbaserad forskning till jordiska system för att gynna livet på jorden
- Utveckla avancerad teknik för att underlätta rymdforskning
- Förbättra den öppna vetenskapen genom att dela med sig av data
Den internationella rymdstationen ger det mycket eftertraktade förhållandet med långvarig mikrogravitation, vilket möjliggör kontinuerlig och interaktiv forskning som liknar jordbaserade laboratorier, och ger till och med statistisk giltighet när det behövs. Programmet har också dragit nytta av forskningssamarbeten med partnerna på den internationella rymdstationen (Ryssland, Europa, Japan, Kanada) och enskilda utländska regeringar med rymdprogram, t.ex. Frankrike, Tyskland och Italien.
NASA:s fysikaliska forskning är organiserad i sex discipliner – biofysik, förbränningsvetenskap, komplexa vätskor, fysik för vätskor, grundläggande fysik och materialvetenskap. Experimenten inom dessa discipliner, som utförs i en nästan tyngdlös miljö, avslöjar hur fysikaliska system reagerar på den nära nog obefintliga flytkraftsdrivna konvektionen, sedimenteringen eller sänkningen. De avslöjar också hur andra krafter, t.ex. kapillärkrafter, som är små jämfört med gravitationen, kan dominera systemets beteende i rymden. De data som förvärvats från dessa undersökningar lagras i NASA:s Physical Sciences Informatics System (PSI) och är tillgängliga för allmänheten.
Om du är forskare och intresserad av att lära dig mer om NASA:s program för fysikaliska vetenskaper, vänligen kontakta Dr. Brad Carpenter för grundläggande fysik, och Dr. Fran Chiaramonte för alla andra discipliner och PSI.
Följande information är en sammanfattning av de sex disciplinerna och PSI-databasen.
Physical Sciences Informatics System (databas)
Biofysik | Förbränningsvetenskap | Komplexa vätskor | Fluidfysik | Grundläggande fysik | Materialvetenskap
I enlighet med den nya modellen för öppen vetenskap har vi nöjet att tillkännage dataregistret Physical Science Informatics (PSI) för fysikaliska vetenskapliga experiment som utförs på den internationella rymdstationen (ISS). PSI-systemet är tillgängligt och öppet för allmänheten. Detta ger forskare möjlighet att datautnyttja resultat från tidigare flygundersökningar och utvidga den utförda forskningen. Detta tillvägagångssätt kommer att göra det möjligt att genomföra ett stort antal markbaserade undersökningar med hjälp av data från ett enda flygningsexperiment, vilket exponentiellt ökar vårt kunskapsunderlag. PSI uppfyller också presidentens policy för öppna data. Webbplatsen finns på http://psi.nasa.gov.
Biofysik
Biologiska makromolekyler | Biomaterial | Biologisk fysik | Biologiska vätskor
I laboratoriet på den internationella rymdstationen odlar Nasa mer perfekta kristaller av biologiska makromolekyler och analyserar dem med hjälp av en så kallad diffraktionsmetod. Diffraktion riktar ljusstrålar eller partiklar mot kristallerna och studerar sedan spridningsmönstret för att bestämma strukturen hos de molekyler som bildar dem. Avsaknaden av flytkraftsdrivna vätskeflöden och sedimentation i rymden gör vanligtvis att kristaller växer långsammare än de skulle göra på jorden och minskar inbyggnadsdefekter vilket gör att forskarna kan få bättre diffraktionsdata.
Combustion Science
Spacecraft Fire Safety | Droplets | Gasous – Premixed and Non-Premixed | Solid Fuels | Supercritical Reacting Fluids
I USA bidrar förbränningsprocesser till cirka 85 % av den levererade energin och är en integrerad del i många industriella tillverkningsprocesser. Förbränning producerar växthusgaser och sot, vilket bidrar till den globala uppvärmningen och orsakar betydande hälsoproblem. Inom ramen för Combustion Science Program genomförs idealiserade experiment på den internationella rymdstationen, där forskarna tack vare att gravitationen är avlägsnad kan studera detaljer i förbränningsprocesserna som inte lätt kan studeras på marken. Rymdstationens miljö är också en viktig testbädd för att studera brandrisker i rymdfarkoster.
Lär dig mer om förbränningsvetenskaplig forskning vid Glenn Research Center
Fluidfysik
Adiabatiskt tvåfasflöde | Kokning och kondensering | Kapillärflöde och interfaciala fenomen | Kryogen förvaring och hantering
En vätska är ett material som flyter som svar på en påförd kraft, därför är vätskor och gaser vätskor. Deras rörelse står för det mesta av transporten och blandningen i naturliga och konstgjorda processer och inom alla levande organismer. Fluidfysik är studiet av vätskors och gasers rörelse och den därmed sammanhängande transporten av massa, rörelsemängd och energi. Behovet av att bättre förstå vätskors beteende har skapat ett tvärvetenskapligt forskarsamhälle vars pågående vitalitet kännetecknas av att nya områden inom grundläggande och tillämpad vetenskap ständigt växer fram. Den internationella rymdstationens miljö med låg gravitation erbjuder en unik plats för att studera vätskefysik och transportfenomen. Nästan tyngdlösa förhållanden gör det möjligt för forskarna att observera och styra fenomen i samband med vätskor på ett sätt som inte är möjligt på jorden. Forskningsområdena omfattar adiabatiska tvåfasflöden, kokning och kondensering i flöden, kapillärflöden och gränssnittsfenomen samt flöden i samband med kryogena system.
Lär dig mer om flödesfysikforskning vid Glenn Research Center
Komplexa vätskor
Kolloider | Flytande kristaller | Skum | Geler | Granulära flöden
Mikrogravitationens forskningsprogram för komplexa vätskor studerar binära blandningar som består av vätske-fast-, vätske-vätske- eller modellvätske-gasfaser. Forskningsområdena omfattar kolloidala system, flytande kristaller, skum, geler, emulsioner och granulära flöden. Programmet omfattar mjuka kondenserade ämnen som omfattar en mängd olika fysiska tillstånd som lätt kan deformeras av termiska spänningar eller termiska fluktuationer. I mikrogravitationen avlägsnas sedimentations- och konvektionsmaskeringseffekter så att interaktionen mellan den dispergerade fasen och dispersionsmediet kan observeras på en tidsskala som inte är tillgänglig på jorden.
Lär dig mer om flödesfysikforskning vid Glenn Research Center
Grundläggande fysik
Rymdoptik/atomklocka | Kvantest av ekvivalensprincipen | Fysik för kalla atomer | Fenomen vid kritiska punkter | Dammiga plasmor
Det grundläggande fysikprogrammet utför noggrant utformad forskning i rymden som främjar vår förståelse av fysikaliska lagar, naturens organiserande principer och hur dessa lagar och principer kan manipuleras av vetenskapsmän och teknik för att gynna mänskligheten på jorden och i rymden. NASA håller på att utveckla ett kallt atomlaboratorium av världsklass för den internationella rymdstationen som kommer att göra det möjligt för forskare att studera atomers beteende inom cirka tio triljondelar av en grad från den absoluta nollpunkten. NASA har också ett nära samarbete med europeiska forskare och Europeiska rymdorganisationen i studier av en atomklocka i rymden, i forskning om kritiska fenomen ombord på CNES DECLIC-ALI-anläggningen och i framtida experiment som syftar till så vitt skilda områden som studier av komplexa plasmor i rymden och kvanttester av ekvivalensprincipen.
Lär dig mer om grundläggande fysikforskning vid Jet Propulsion laboratory
Materialvetenskap
Metaller | Halvledare | Polymerer och organiska material | Glas och keramik | Granulära material
Mikrogravitationsmaterialvetenskapsprogrammet utför experiment på den internationella rymdstationen som syftar till att förbättra vår förståelse av materialbearbetning och materialegenskaper. Denna vetenskapliga förståelse tillämpas sedan på jordbaserade industriella processer för att få fram bättre och/eller billigare material. Rymdstationen erbjuder en förenklad miljö för materialstudier eftersom det finns en nästan försumbar sedimentations- och flytkraftsdriven konvektion som påverkar observationerna. Detta hjälper forskarna att klargöra vilken roll olika effekter spelar för materialprocesser. I många av de materialvetenskapliga experimenten kommer man att använda sig av Open Science-metoden, som kallas Materials Lab. Denna metod beskrivs i PSI-avsnittet nedan.
Lär dig mer om materialforskning vid Marshall Space Flight Center
Lär dig mer om Materials Science Research Rack-1 på den internationella rymdstationen
Lär dig mer om Microgravity Science Glovebox på den internationella rymdstationen
.