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基于磁悬浮打造:新型低重力模拟器可大幅增加体积

 FAMU-FSU 工程学院和佛罗里达州立大学国家高磁场实验室的一个科学家团队提出了一个基于磁悬浮的低重力模拟器的新设计,它有望比现有模拟器的体积大增并给太空、医学和生物学研究带来重大好处。

  长期以来,在地球上模拟低重力或零重力的局限性损害了空间研究。而将实验送入太空的成本和有效载荷的限制往往又会使其望而却步。此外,研究人员往往需要对实验条件进行极端水平的控制以产生可靠的结果。出于这个原因,即使进入太空有时也是不够的。

  这方面的一个例子是国际空间站(ISS),在其最初的设计中,它包括一个专门的微重力实验室和一个低重力离心机。不幸的是,事实证明,让宇航员在空间站内移动,加上所有的泵和其他提供生命支持所需的机器会产生太多的振动,于是这个想法被取消了。

  遗憾的是,低重力会影响生物系统、流体动力学、热传递及材料的形成和生长。而这可能会严重影响到在月球或火星上建立前哨站或殖民地,因此近年来对低重力研究的需求已经蓬勃发展。

  在抛物线轨道上使用所谓的“呕吐彗星”飞机可以模拟低重力长达几分钟,但这个时间太短,不实用--空投塔提供的时间则更短。另一方面,利用基于磁悬浮的模拟器(MLS)则有可能以低成本无限期地模拟低重力,其水平可调整到地球重力的百分之一左右。然而在目前的技术下,体积只限于几微升。

  不过佛罗里达州的团队发现,通过使用一个 8 英寸(20 厘米)的高温超导麦克斯韦线圈,可以用最小的能量产生一个几乎恒定梯度的大体积磁场,这就有可能建立起一个体积为 4000 微升的 MLS。如果将其设定为火星的重力,而火星的重力只有地球的1/3,那么体积就会扩大到 20 厘米³。

  机械工程系副教授兼这项研究的首席科学家 Wei Guo 表示:“我们的 MLS 设计提供了一个比传统螺线管 MLS 大三个数量级的功能体积,这使得它在低重力研究领域成为一个潜在的游戏改变者。当这种 MLS 设计被用来模拟地外环境中的低重力时,如在月球或火星上,那么所产生的功能体积大到足以容纳小型植物,并使其成为医学和生物学研究的一个令人兴奋的工具。”

来自: cnBeta


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