基於磁懸浮打造:新型低重力模擬器可大幅增加體積
FAMU-FSU工程學院和佛羅里達州立大學國家高磁場實驗室的一個科學家團隊提出了一個基於磁懸浮的低重力模擬器的新設計,它有望比現有模擬器的體積大增並給太空、醫學和生物學研究帶來重大好處。
長期以來,在地球上類比低重力或零重力的局限性損害了空間研究。 而將實驗送入太空的成本和有效載荷的限制往往又會使其望而卻步。 此外,研究人員往往需要對實驗條件進行極端水準的控制以產生可靠的結果。 出於這個原因,即使進入太空有時也是不夠的。
這方面的一個例子是國際空間站(ISS),在其最初的設計中,它包括一個專門的微重力實驗室和一個低重力離心機。 不幸的是,事實證明,讓宇航員在空間站內移動,加上所有的泵和其他提供生命支援所需的機器會產生太多的振動,於是這個想法被取消了。
遺憾的是,低重力會影響生物系統、流體動力學、熱傳遞及材料的形成和生長。 而這可能會嚴重影響到在月球或火星上建立前哨站或殖民地,因此近年來對低重力研究的需求已經蓬勃發展。
在拋物線軌道上使用所謂的「嘔吐彗星」飛機可以類比低重力長達幾分鐘,但這個時間太短,不實用–空投塔提供的時間則更短。 另一方面,利用基於磁懸浮的模擬器(MLS)則有可能以低成本無限期地類比低重力,其水準可調整到地球重力的百分之一左右。 然而在目前的技術下,體積只限於幾微升。
不過佛羅里達州的團隊發現,通過使用一個8英寸(20釐米)的高溫超導麥克斯韋線圈,可以用最小的能量產生一個幾乎恆定梯度的大體積磁場,這就有可能建立起一個體積為4000微升的MLS。 如果將其設定為火星的重力,而火星的重力只有地球的1/3,那麼體積就會擴大到20釐米³。
機械工程系副教授兼這項研究的首席科學家Wei Guo表示:「我們的MLS設計提供了一個比傳統螺線管MLS大三個數量級的功能體積,這使得它在低重力研究領域成為一個潛在的遊戲改變者。 當這種MLS設計被用來類比地外環境中的低重力時,如在月球或火星上,那麼所產生的功能體積大到足以容納小型植物,並使其成為醫學和生物學研究的一個令人興奮的工具。 ”