微重力科学发展历程

微重力科学和应用研究走过了比较平静的几年。在国际上，以美国、俄罗斯、欧洲的主要国家以及日本等国参与建设的国际空间站，尤其是用于微重力科学研究的主要设备和空间实验舱的组建工作已经接近完成，国际上缺少其他空间实验平台开展微重力科学实验机会。我国微重力科学研究正在进行长期的科学发展规划，地基研究和卫星科学搭载实验获得了积极进展，也为后续的研究奠定了良好的基础。

国际微重力科学发展历程

由于微重力科学具有的重大学术意义和应用价值，吸引了一批科学家汇聚到这一领域，使其在国际微重力科学前沿十分活跃。美、俄、德、法、日本等国投人大量人力、物力及财力来支持和推动微重力科学的发展。近30年来在载人飞船、空间站和航天飞机上进行了许多实验，并获得了一些重要的成果。20世纪80年代后期，这些科技发达国家越来越重视微重力科学基础研究工作。与材料加工和生物制备过程密切相关的流体物理基本规律研究也备受重视，在材料制备的定量化和模型化研究方面取得重要进展。90年代后期，随着国际空间站的建设，美国NASA、欧洲ESA、日本NASDA等空间站的主要参加国纷纷制定了在轨道上的研究战略计划，研究领域主要集中在微重力流体物理及其相关的燃烧学、材料科学以及生物技术等前沿领域，研究计划将一直持续到2020年。随着国际空间站的日益建成和运行，在美国NASA的2002年计划中，立项支持微重力科学项目624个，其中空间实验项目105个。上述计划包括ESA等国的空间实验研究将于2007～2010年陆续开始。此外，国际微重力流体物理科学界经过长期的探索和发展，形成了明确的长期研究目标：利用空间微重力环境在物理、化学和生物科学等自然现象的研究上获得新的认识；另一方面转移空间研究的关键技术，改进地球上的工业和商业活动，促进地基高科技的发展。微重力流体物理的研究越来越受到世界各空间大国，甚至包括巴西、印度等发展中国家的高度重视，同时也是国际空间站今后的主要研究内容之一，预计其科学研究在2010一2020年问取得丰硕成果。在此基础上，近来欧、美国空间强国还同时强调进行微重力流体物理的应用开发研究，促进地面的许多应用效益，并为载人航天技术和工程需要服务。

国际上对发展空间微重力研究十分重视，美、欧、日等国都注人大量的资金、人力。NASA在克里夫兰的美国西储堡大学和NASA的Glenn研究中心联合成立了国家微重力研究中心，主要从事微重力流体物理和燃烧研究。德国布来梅的ZARM建立了150米落塔，主要从事微重力流体物理和燃烧的研究。意大利的MARS中心和比利时的微重力研究中心主要从事微重力流体物理的研究。除这些国家级的研究中心外，还有一批学校内的微重力流体物理和燃烧的研究集体。这些研究集体在各国空间局的支持下，正在促进相应的研究，如国际空间站(ISS)载有由美国Glenn研究中心研制的流体科学综合柜架、日本NASDA的流体物理实验设施。ISS还搭载欧空局(ESA)研制的流体科学实验室。从ISS搭载的这些流体物理研究设施可见，国际微重力流体物理研究势头强劲，流体物理研究一直是并继续是国际微重力科学研究的重要内容。在2002财政年度中，NASA共批准流体物理研究148项，其中空间实验29项，微重力燃烧104项，空间实验23项。最近，NASA的生物与物理研究优先化论证工作组(ReMAP)认为，在国际空间站的利用中应该最先发展微重力物理研究，包括凝聚态物质、基本定律、相变、流体动力学与稳定性、细胞生物学等。国际空间站是人类开发和探索空间的一个重大步骤，它将为微重力空间科学实验提供一个重要平台，并促进微重力科学研究在2010—2020年间取得丰硕成果。在此基础上，近来欧、美国空间局还同时强调进行微重力的应用开发研究，促进地面的许多应用效益，并为载人航天技术和工程需要服务。

近年来，国际空间站正在加紧组建，空问站实验项目的研究和安排正抓紧进行。微重力研究的发展趋势同时强调基础研究和应用开发研究。近些年来，微重力流体力学除了强调传统的对流和扩散过程的研究之外，还发展了多相流和复杂流体的流体动力学过程的研究。这些研究具有理论上的重要意义，将促进流体力学的新体系、界面过程、相变过程、传热和传质过程、胶体科学、软物质科学等学科的进展。例如，在胶态晶体生长研究方面，国外已经开展了空问实验，并准备利用国际空间站进行更多的实验。美国、欧洲、日本都在这方面组织安排、实施了许多研究计划并取得了进展。NASA(美国国家航空航天局)特别在国际空间站安排了耗资巨大的长远研究任务。哈佛和普雷斯顿大学的科举家．利用率问实验，已对硬球胶体晶体的研究方面取得了初步成果。

我国微重力科学发展历程

我国微重力科学界白2003年10月我国首次载人航天飞行取得圆满成功后，先后在“神舟2号”至“神舟4号”飞船上进行了包括空间生物技术、空间材料和微重力流体物理等方面的微重力科学搭载实验，获得了大量科研成果。中国科学院空间科学与应用中心、中国科学院光电研究院、力学研究所、上海硅酸盐所、物理所、半导体所、动物所和相关高校等是参与我国载人航天工程微重力科学空间实验研究的主要部门，承担并圆满完成了空间实验研究任务，推动了我国微重力科学实验研究水平的进一步发展。2004年年初多个单位和个人分别获得国务院颁发的“中国载人航天工程”获国家科技进步奖特等奖和国家授予的“中国载人航天工程”突出贡献者奖章，以及中国科学院表彰的载人航天工程突出贡献者和优秀工作者等荣誉。2004年之后随着我国载人航天工程一期的逐渐收尾，空间微重力实验计划转入二期，我国的微重力实验机会主要转向利用我国的实验卫星和国际合作平台，以弥补我国微重力空间实验机会的减少。总之，空间实验项目相对减少、实验手段多样化和微重力科学界的国际合作是2004—2008年间国内外微重力科学发展的新趋势和特点。

近几年以来，我国微重力研究深入总结了前期在“神州”系列飞船上完成的空间细胞培养实验和空间蛋白质晶体生长实验、多样品空间晶体生长材料实验和微重力液滴热毛细迁移流体物理空间实验等多项研究成果，并于2005年10月在日本佐贺县武雄市召开的“第六届日中微重力科学研讨会”双边会议上进行了介绍。2005年8月在我国第22颗返回式科学与技术实验卫星上成功进行了空间细胞培养实验、过冷池沸腾实验、气泡热毛细迁移实验和空间接触角测量四项空间搭载实验，实验依托公用控制平台及图像记录仪等组成的卫星搭载分系统，与卫星热控、遥测、遥控等分系统相连接，实现了预定的空间科学实验目标。2006年9月9日搭载我国“实践8号”育种卫星进行了涉及微重力流体物理，空间基础物理，微重力燃烧和生命科学与生物技术的九项空间实验。该项目将育种卫星的留轨舱作为一个微重力实验平台，利用遥科学技术进行了一批不需要样品回收的微重力实验，发展了我国的卫星微重力平台及相关技术，并为我国未来的微重力科学实验卫星进行了良好的初期探索。

微重力流体物理是微重力科学的基础，主要开展有关应用基础研究，诸如液桥热毛细对流及稳定性、二层流体的对流、气/液界面动力学、液滴/气泡热毛细迁移、润湿性、润湿角等以材料制备、流体管理及燃烧为背景的基础性研究。同时开展材料制备过程模型化、晶体材料生长机理以及细胞与组织培养的流体物理问题等与材料科学和生物技术交叉的学科研究。近几年又拓展了在微重力两相流、微重力燃烧及复杂流体动力学方面的研究领域，对二相流流型、压降、传热、沸腾、分散体系聚集行为、稳定性及复杂流变体系等开展了研究，在地基研究及空间实验方面取得多项成果。

我国微重力科学研究目标

1．“十一五”期间(2006—2010年)

组织“实践10号”返回式空间科学实验卫星，进行微重力科学和空间生物技术的实验研究。

2．“十二五”期间(2011—2015年)

利用科学实验卫星、“神舟”飞船、落塔、抛物飞行以及国际合作等多种渠道开展微重力科学实验与生物技术的研究，进行空间基础物理的近距离非牛顿引力实验检验和冷原子钟的研制。

3．“十三五”期间(2016—2020年)

以我国空间实验室(空间站)为技术依托，开展长期的微重力科学与生物技术研究，初步建立我国的微重力科学空间实验平台。

我国微重力科学发展计划

微重力流体物理研究