微重力环境下的毛细流动和机械力原理研究
国际空间站研究人员对微重力环境下的毛细流动和机械力原理进行了研究,目前已用于地球各种人类健康检查系统,将来也可能反过来对未来人类太空探索任务作出贡献。
毛细作用所指的液体运动非重力引起,而是由液体分子相互作用、液体与接触物表面之间相互作用(如纸巾蘸水)引起。在微重力环境下,大规模控制毛细作用力的难度更大,这也是处理液体推进剂、热控制、废水管理与回收的难点所在。
国际空间站进行了三项研究——CFE、CFE2、CCF,研究太空中毛细作用,另外还进行了浸润性研究——研究液体在另一物体表面扩散的能力。通过前面三种研究,研究人员可利用浸润被动力量和表面张力控制液体移动,再控制容器形状,便可引导所有液体,并实现将气体与液体控制在指定位置。
这项工作促进了IRPI的成立,专门研究航空航天、生物医学和能源应用领域的水热工程方案。目前,IRPI将太空经验应用于地球科技研发,如“人类仿真系统”,可通过生物平台研究人类对疾病、药物、化学物质和食物的反应。该系统包含组织薄片(Organ-Chips),即与特定人类活细胞及组织(如肺、肝、脑、肾)一致的微工程环境。每个薄片的微小通道可再生血液和空气流动,重建自然生理机能和机械力。
很多微工程系统面临的主要挑战是对液体运动和完整性的控制,而太空中的毛细作用和浸润研究对解决这一问题非常有利。
与IRPI的合作有助于利用技术预测在太空环境下,不同因素是如何对航天员健康的,如不同机械力、炎症、空气质量及辐射。
国际空间站上的毛细作用研究