天宫二号将要进行的热毛细对流空间实验是什么？

这些任务涉及微重力基础物 理、微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测、空间环境监测、对地观测及地球科学研究应用以及应用新技术试验等8个领域。其中空间科学实验与探测项目包括空间冷原子钟实验、液桥热毛细对流实验、综合材料制备实验、高等植物培养实验、伽玛暴偏振探测等；对地观测及地
球科学研究项目包括宽波段成像光谱仪、三维成像微波高度计、紫外临边成像光谱仪；应用新技术试验项目包括空地量子密钥分配试验、伴随卫星飞行试验等。

太空中的“八卦炉”：综合材料实验装置
这套实验装置由“材料实验炉”、“材料电控箱”和“材料样品工具袋”三个单机构成。整个装置共约27.6公斤重，最大功耗不到200瓦（一般电水壶1000～1800瓦，这套装置只用了电水壶功耗的1/9～1/5，相当于2个100瓦的白炽灯），却能实现真空环境下最高950摄氏度的炉膛温度！

航天员将在这个炉子里“炼制”复合材料、金属材料、有机高分子材料和晶体材料等各种新型材料。比如将要制备的闪烁晶体可以帮助人类探索、认识和利用肉眼无法识别的射线、高能粒子，将其转化为可识别、可控制的信号（例如可见光）。如果运用在医疗成像领域，就像齐天大圣的火眼金睛，让肿瘤无所遁形。打个比方，以现在的诊疗检测手段，某位病人的某处肿瘤需要长到1毫米量级才能被发现，而安装了经过太空实验得到的闪烁晶体的CT，可能在肿瘤1微米时就能被精确定位，真正做到“上医治未病”。


天宫八卦炉”综合材料实验装置，宇航员可以用这套系统“炼制”新型材料。图片来源：news.eastday.com
伴随卫星，天宫“守护者”
天宫二号伴随卫星是一颗微纳卫星，是天宫二号试验任务的一部分。伴随卫星采用了小型化、轻量化、功能密度的设计，使卫星结构小、重量轻，却实现了高功能密度的设计结果。
伴随卫星将在在轨任务期间开展对空间组合体的伴飞以及多平台空间协同等试验，为主航天器的技术试验提供支持，并进行多项新技术的试验，拓展空间技术应用。

在未来，未来的伴随卫星是航天员可以操纵的机器人，搭载VR相机，可以实现更加复杂的空间操作任务。甚至可以个人化，将社交网络搬到太空。利用伴星和主星，或者释放多颗伴星组网，还可以实现多星协同工作，完成一颗卫星单独无法实施的应用任务，提高主星应用效率，扩大应用领域，促进空间新技术的发展和应用。 天宫二号的伴随卫星将协同天宫二号进行实验。图片来源：jiangsu.china.com.cn
“百变金刚”液桥
俗话说，“人往高处走，水往低处流”。可是在太空中，水未必能往低处流。这就是太空中，微重力的神奇所在。它颠覆了地面上的一些常识，航天员到了空间站里就喜欢上了淘气地“玩水”游戏。“神舟10号”里，王亚平在太空授课，变魔术一般地给我们展示了不可思议的大液膜和大水球。这次，在天宫二号里，科学家们将要首次开展“液桥”热毛细对流的空间流体物理实验！
液桥是什么？通俗地讲，液桥就是固体间的小液柱。之所以称之为液桥，是因为“桥”字有连接两地的含义，液桥就是连接着两个固体表面之间的一段液体。
地面上，由于重力作用，不能建立大尺寸液桥，但是在太空的微重力环境下，可以建立起很大尺寸的液桥。利用大尺寸液桥，就可以开展微重力热毛细流动的科学实验。用中国科学院力学研究所康琦研究员的话说：“为生产出高质量的半导体材料，就要科学控制单晶硅在晶体生长过程中浮力对流和热毛细对流的影响，而太空特有的微重力环境将使科学家深入剖析热毛细对流的真实过程。”

1．奇特的热毛细对流现象

在空间环境完全失重的特殊条件下，由表面张力驱动的热毛细流动成为主要的自然对流形式，它也是影响空间流体热、质输运过程的主要因素。那么，热毛细现象是一种怎样奇妙的物理过程呢？热毛细对流，是一种与流体表面或者界面相关的热对流现象。众所周知，在流体的交界面上存在着分子与分子之间的相互作用力也就是表面张力，而随着温度的变化，表面张力的大小也会发生相应的变化。所以，当流体交界面上的温度分布不均匀时，就会造成在不同的位置表面张力的大小不同，从而形成驱动流体流动的现象，这就是热毛细对流。此外，热毛细对流现象在实际工业生产中有着广泛的应用，特别是高质量晶体生长过程。然而，时至今日科学家对热毛细流动的认知仍然十分有限。因此，开展热毛细对流的研究有助于人类更好地进行空间探索和应用。

2.精妙的“液桥”实验装置

液桥作为一种典型的热毛细流动体系，也是晶体生长重要的方法-浮区法的模型，也是此次天宫二号热毛细对流空间实验项目的主要实验装置。液体位于上下两个碟片之间，分别对上下两个碟片进行不同温度加热形成温度差，从而在液体表面形成热毛细对流。段俐介绍说，该实验设备可通过控制完成注液、拉桥、清桥、温度控制、温度和图像采集及打包传输等操作。其中，实验用的流体介质-硅油被储存在液缸内，空间实验时，通过高精度PI电机牵引实现注液、拉桥，最后完成建桥这一过程，液桥的高径比和体积比参数由拉桥和注液电机控制实现。同时，段俐特别介绍说，这个设备里设计安装了清桥系统，一旦在太空实验过程中出现断桥现象，可以通过电机驱动清桥系统擦洗桥柱实现再建桥过程，这也是此次项目实验装置的重要特色之一。

整个实验过程，将被位于液桥一左一右一近景一远景的两个CCD图像传感器进行图像的采集，观测液桥的形貌，判断液桥体积变化和断桥与否。空间实验过程中，科学家将通过控制软件同时完成数据下传和指令上传的双向传输，不仅可以通过提前输入程序来进行实验，也可以根据实验实际需求注入指令进行科学操作，从而实现天地互动。

3.必不可少的地面实验

除了随天宫二号“上天”的实验装置，在地面还预先设置了相同的实验装置，那么设置地面实验的必要原因又是什么呢？段俐研究员解释说，鉴于空间实验机会少且费用极高，而且热毛细对流现象与其影响因素之间的关系并不是用简单公式就可以准确描述的，这就需要地面实验为空间实验的顺利进行提供科学合理的参考范围，为空间实验的顺利进行奠定基础。

在地面环境中，科学家们搭建了大尺寸液桥对比实验平台，采用和空间实验一样的多路温度采集装置。此外，为了更加全面的观测液桥的流动机制，针对实验需求，加工了蓝宝石和红外桥柱，分别采用粒子图像测速技术和红外热像仪观测液桥流动的速度场和温度场。通过地面实验，科学家们积累了大量实验数据，为空间实验的顺利开展“预热”：首先，在地面大尺寸液桥实验首次验证了胡文瑞院士提出的体积比效应，测定了晶体几何参数对于临界条件的影响；第二，测定液桥界面温度场，得到对流模式转换：得到了较完整的流场模式转换过程；第三，观测液桥速度场，得到流场结构和两次转捩；第四，分析和研究流体流动体系失稳和分岔转捩过程及其振荡行为。这些精准的数据都将成为天宫二号空间实验过程中的重要支撑。

这个热毛细对流又名marangoni对流，是液体表面浓度或者温度不均衡产生表面张力梯度引起的，地面由于重力效应引起的热溶质对流、流体静压力和沉降往往会掩盖它。至于天宫二号开展这项实验，就是消除其他影响使得热毛细对流起主要作用，易于观察研究。至于意义嘛，这只是些基础性研究。往远了说，空间增材制造，空间焊接的发展都与熔滴的各种表面特性尤其是热毛细对流有关。说白了，开展这项实验是为了以后更深层次开展空间探索打下基础。

15864942437：天宫二号将要进行的热毛细对流空间实验是什么?
却卷蔡 ：答：液桥作为一种典型的热毛细流动体系，也是晶体生长重要的方法-浮区法的模型，也是此次天宫二号热毛细对流空间实验项目的主要实验装置。液体位于上下两个碟片之间，分别对上下两个碟片进行不同温度加热形成温度差，从而在液体表面形成热毛细对流。段俐介绍说，该实验设备可通过控制完成注液、拉桥、清桥、温度...

15864942437：上天的天宫二号,都带了哪些“法宝”?
却卷蔡 ：答：天宫二号伴随卫星是一颗微纳卫星，是天宫二号试验任务的一部分。伴随卫星采用了小型化、轻量化、功能密度的设计，使卫星结构小、重量轻，却实现了高功能密度的设计结果。伴随卫星将在在轨任务期间开展对空间组合体的伴飞以及多平台空间协同等试验，为主航天器的技术试验提供支持，并进行多项新技术的试验...

15864942437：上天的天宫二号,都带了哪些“法宝”?
却卷蔡 ：答：“神舟10号”里，王亚平在太空授课，变魔术一般地给我们展示了不可思议的大液膜和大水球。这次，在天宫二号里，科学家们将要首次开展“液桥”热毛细对流的空间流体物理实验！液桥是什么？通俗地讲，液桥就是固体间的小液柱。之所以称之为液桥，是因为“桥”字有连接两地的含义，液桥就是连接着两个...

15864942437：让美国都眼红的中国天宫二号,到底多厉害?
却卷蔡 ：答：天宫二号空间实验室,是继天宫一号后中国自主研发的第二个空间实验室,用于进一步验证空间交会对接技术及进行一系列空间试验。 如果说"天宫一号"是空间实验室的实验版,那么天宫二号就是空间实验室的正式版, 天宫二号的目的:主要是开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验。

15864942437：故国三千里,深宫二十年。迷语,指的是什么动物?请高人指点、谢了。_百度...
却卷蔡 ：答：于是便命令将孟才人的棺椁一同抬来，这才能搬动了。由此可见，《何满子》真的是极悲痛的一种乐曲了。唐诗闲读：“故国三千里，深宫二十年”（诗意图）2、用五绝来写宫怨诗，如何在短短的文字里将感情表达充分，这首诗是个榜样。首句“故国三千里”，是从空间着眼，写宫人去家之远，空间上有三千里...