神十八乘组展开科学实验用了啥设备？一文了解→

我国空间站作为国家太空试验室，在轨布置了世界一流的科学研讨与技能试验设备，无容器资料科学试验柜（以下简称“无容器资料试验柜”）就是其中之一。神舟十八号乘组在轨期间，使用无容器资料试验柜展开了空间资料科学范畴的多项科学实（试）验。

在“乘组周记”中能够了解到，三名航天员需定时对无容器资料试验柜进行试验腔体样品整理、试验样品替换、轴心安排电极保护等作业。“无容器”终究有何特别之处？

为何展开空间资料科学研讨？

空间资料科学是资料科学与空间技能相交融构成的一个交叉学科范畴，首要研讨内容是在外层空间以微重力、无容器、高真空和强辐射为特征的超凡环境中，探究各类资料的物理化学性质、相变进程规则、组成制备和加工成形原理及其终究执役功用。开展方向首先是使用外层空间的特别环境条件进行资料科学研讨，其次是为各类资料的空间使用奠定坚实的科学根底。

无容器资料试验柜的要害技能是什么？

图说：无容器资料试验柜示意图 来历：我国载人航天（下同）

无容器资料试验柜坐落空间站天和中心舱，是最早安排“上天”的试验渠道之一。望文生义，“无容器”就是不必容器承载，使试验样品在悬浮的状况下完结熔炼的进程。

幻想一下，熔融的金属或许非金属资料成为“液滴”，悬浮在空中，却不会和容器壁触摸，加工后的资料能在较低温度下不凝结，依然坚持液体状况。那么，怎么让样品坚持“悬浮”？

图说：无容器资料试验柜在中心舱内的方位

静电悬浮技能就是无容器资料试验柜作业原理的要害，经过静电场完结安稳的悬浮操控，防止试验资料样品与整个试验腔体内外表的触摸。

图说：静电悬浮技能

在地上试验室，静电悬浮是使用静电场所供给的电场力来战胜重力，然后完结无容器状况。它可适用的资料品种广泛，只需样品产生了足够多的电荷量就可完结悬浮，并且资料可在真空环境中坚持安稳悬浮状况，防止了介质的影响。

与电磁悬浮、超声悬浮和气动悬浮比较，静电悬浮不存在电磁拌和、超声空化和气流扰动，外场对样品的影响很小。因而资料可在近似彻底静态环境中完结无容器熔化和凝结，然后使资料熔体易于取得深过冷，便于对过冷态物理化学性质和凝结进程进行实时原位测定。

空间站静电悬浮相较于地上静电悬浮，不需求战胜重力，仅需操控样品方位，其原理是依据样品方位改变，调控样品库仑力的巨细和方向，使之动态“定位”于设定的方位。与地上试验比较，所需求的电压更小，对样品的搅扰远小于地上试验，然后供给更抱负的科学试验条件，例如微重力条件下，液态样品更圆，样品的振动更抱负。

图说：科研人员在地上使用静电悬浮试验设备展开相关试验

无容器资料试验柜是怎么作业的？

图说：无容器资料试验柜轴心安排内装有试验样品

在实践运转中，每个样品盒可包容29个样品。每次试验分为以下进程：

①完结真空或许氩气加压的试验环境预备，保证试验在特定的气体环境下进行，以模仿太空中的环境条件；

②样品盒开释样品；

③位控体系捕获开释样品，对样品进行悬浮方位操控；

④发动激光器加热熔化样品，对样品可继续加热到2000℃以上的高温；

⑤周围的物态丈量相机展开比热容、热导率等热物理性质参数丈量；

⑥冷凝结样品，并进入深过冷状况，即高温熔体在温度低于其凝结点的情况下依然坚持液态状况；

⑦位控体系将悬浮样品移动到样品收回入口处，经过前后推杆将样品夹持住，再推送到样品盒内的样品存储方位。

在“天宫讲堂”第二课中，神舟十三号乘组不只介绍了无容器资料试验柜的科学原理，还经过视频演示讲解了“锆金属熔化与凝结”试验。

图说：神舟十三号乘组在轨介绍无容器资料试验柜

作为试验样品的金属小球悬浮在试验腔体中，经过悬浮操控、激光加热、丈量物性、再辉、样品冷却凝结、收回等环节后，试验完结。

图说：神舟十三号乘组在轨介绍无容器资料试验柜

值得一提的是，试验操作是一个六合协同的进程。航天员只需求取出完结试验的样品盒、装上新样品盒，在试验进程中不需求进行直接操作，首要经过注入指令履行，地上作业人员就能够实时监控试验展开。

图说：神舟十八号乘组在轨操作无容器资料试验柜

图说：神舟十八号乘组在轨操作无容器资料试验柜

在轨三年以来，无容器资料试验柜已展开多项要害研讨项目。近期，使用空间站微重力环境展开的相分离合金凝结理论和相分离合金原位复合资料制备技能研讨取得了重要的空间使用阶段性效果。

研讨团队根据前期很多的地基研讨，优化规划合金成分和凝结工艺，先后于天宫二号空间试验室、神舟十三号、神舟十五号和神舟十六号飞翔使命期间展开了空间相分离合金的凝结试验，成功制备出第二相均匀弥散散布的原位粒子复合资料样品和具有壳-核结构的球形样品，而相同凝结条件下的地上凝结样品则出现了偏析型安排。

图说：空间凝结合金出现弥散型安排，地上凝结合金出现偏析安排。(a) 初始凝结部位；(b) 试样中部；(c) 最终凝结方位。

图说：空间样品出现完好的核-壳结构；地上样品出现了偏析型凝结安排。

多年六合协同研讨，经过地基试验、空间试验和建模与模仿研讨相结合，深化理解了相分离合金凝结安排构成进程和要害影响要素，开展了多种相分离合金凝结安排调控办法，为高功用相分离合金资料规划与制备打下了根底，然后满意大型机械、核电、船只、输电、电子等一些范畴对特种资料的需求。

图说：科研人员展现在空间站凝结的试验样品

无容器资料试验柜有望完结对金属和非金属的“深过冷凝结进程与机理”研讨、新式功用资料制备研讨、高温熔体的热物性准确丈量研讨等，关于地上资料的制备、进步高精度资料的生产工艺具有非常重要的含义。

未来，更多资料样品将在此敞开关于“悬浮”的奇幻之旅。跟着空间资料科学的不断开展，期待在太空中制备出更多功用优越的资料，广泛使用于民众的日常日子。