中国空间科学学会

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学术交流

 第十二届全国微重力科学学术会议于2022年12月11日采用线上方式成功举行。本届会议由中国空间科学学会微重力科学与应用研究专业委员会、桂林电子科技大学、中国科学院力学研究所微重力重点实验室共同主办,北京紫微宇通科技有限公司协办。会议原计划于2021年9月在广西桂林举行,因疫情影响两度延期,最后改为线上形式。微重力专委会主任委员赵建福研究员主持开幕式,载人航天工程空间科学首席专家顾逸东院士、载人航天工程微重力流体物理专家组组长何国威院士、空间科学学会理事长吴季研究员、桂林电子科技大学副校长潘开林教授致辞祝贺会议的成功举行,并展望了中国空间站投入运营后我国微重力科学的光明前景,希望加强国内外学术交流与合作,凝练创新思想,用好空间站,多出成果,出大成果,进一步提高我国微重力科学与应用研究水平,为国家和人类做出卓越贡献。 部分会议嘉宾和代表云合影 开幕式上,赵建福研究员代表组委会宣读了青年学者优秀海报评选结果,表彰了郭子漪等9位青年科研人员和学生,鼓励他们积极投身微重力科学事业,早日成为微重力领域栋梁之才。赵建福研究员还代表微重力专委会,从换届工作、人才举荐、学术交流以及参与CN-COSPAR双年度报告撰写、胡文瑞先生85华诞纪念活动等方面,汇报了近年来的主要工作成就。开幕式后,载人航天工程航天员系统副总设计师/空间科学学会副理事长李莹辉研究员、新疆大学校长/空间站燃烧科学实验柜首席科学家姚强教授等15位专家学者,聚焦中国空间站资源利用和科学研究,以及我国航天技术发展需求,做了精彩纷呈的大会特邀报告。本届会议摘要集共收到摘要和海报121篇,通过腾讯会议线上参与的代表共137人,通过蔻享学术直播平台和中科院空间应用中心“我们的空间站”直播平台参与的观众分别超过2500人次和2.2万人次,极大强化了会议报告的传播效果和影响。

前沿动态

2023年1月16日,第一届嫦娥五号月球样品研究成果研讨会在北京成功举办。研讨会围绕嫦娥五号月壤样品基本特性、月球火山活动历史及年轻火山活动成因、月球水和挥发分的含量与来源、月球表面陨石撞击和太空风化作用、地外样品分析新技术等主题,开展了广泛深入研讨。  2020年12月17日,嫦娥五号样品舱成功着陆在我国内蒙古四子王旗,带回1731克月球样品,这是我国首次完成地外天体样品采集,也是人类44年来再次带回新的月球样品。首批样品于2021年7月12日向国内科学家发放,目前已完成五次样品分发,共计198份65.1克。首批研究成果于2021年10月发布,在着陆区火山活动时代、源区性质等方面获得颠覆性认识,相关工作在《科学》和《自然》共发表四篇论文,在国际学术界引起巨大反响。2022年9月,国家航天局、国家原子能机构联合发布中国科学家首次在月球上发现新矿物“嫦娥石”,该矿物是人类在月球上发现的第六种新矿物,我国成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。  研讨会邀请14位专家作报告,介绍了嫦娥五号样品的申请评审使用情况、研究的最新成果和未来嫦娥六号采样任务。会议由国家航天局探月与航天工程中心、中科院前沿科学与教育局、国家自然科学基金委员会地球科学部主办,国家天文台协办,深空探测实验室、中科院地质与地球物理研究所承办。来自高校、核工业等单位近百位领导、专家及科研人员参加本次研讨会,相关科研工作者、学生近150位线上参会。  嫦娥五号月球样品研究部分代表性成果(1)嫦娥五号玄武岩揭秘月球年轻火山成因之谜2021年,中国科学家对嫦娥五号玄武岩的研究,证实月球火山活动可以一直持续到20亿年前,不仅刷新了人类对月球岩浆活动和热演化历史的认知,也提出了新的科学问题:月球火山活动为什么持续如此之久。针对这一科学问题,中国科学院地质与地球物理研究所研究团队,采用新研发的扫描电镜能谱定量扫描技术分析了岩屑的全岩主量成分,结合一系列岩浆分离结晶模拟和热力学模拟计算,恢复了嫦娥五号玄武岩和阿波罗低钛玄武岩的初始岩浆成分,限定了不同时期月球火山岩的源区组成,获得了它们熔融的温压条件。研究发现,与古老的阿波罗低钛玄武岩相比,年轻的嫦娥五号玄武岩的初始岩浆含有更高钙和钛,可能因为源区含有更高的(约20%)岩浆洋晚期形成的单斜辉石-钛铁矿堆晶体,导致月幔熔点降低,诱发年轻火山的形成。此工作量化了月球内部缓慢冷却的热演化过程,为“月球年轻火山成因”这一重要科学问题提供了全新的解释,将为启发新的月球冷却模型的建立,深化我们对月球的起源和演化的认识。(2)嫦娥五号月壤玻璃珠年代学探讨内太阳系动力学月壤中含有大量玻璃,撞击成因玻璃是了解内太阳系撞击历史的重要研究对象,能够反映月壳物质组成和内太阳系的撞击动力学。中国地质科学院地质研究所、中国地质大学(武汉)、澳大利亚科廷大学和国立大学、布朗大学、曼彻斯特大学、山东省地质科学研究院、瑞典自然历史博物馆、诺特丹大学的学者组成的国际研究团队对嫦娥五号月壤中的玻璃珠开展了系统的离子探针U-Pb定年,建立撞击溅射物数值模拟等方法,获得嫦娥五号撞击玻璃球粒准确的撞击年龄,并限制了月球上撞击玻璃球粒的传输距离应小于150 km。通过与撞击坑频率年龄对比,初步确定了产生嫦娥五号撞击玻璃球粒的源撞击坑,并讨论了撞击玻璃球粒的年龄分布与内太阳系撞击体迁移的动力学过程,表明月球撞击通量变化可能与小行星带动力学过程有关。此工作首次获得了嫦娥五号月壤中的多组撞击玻璃球粒年龄,并与着陆区撞击坑关联,证实了月球20亿年以来撞击频率随着时间变化,这意味着地球历史上经历过撞击频率高于平均水平的时期,为地月系统撞击历史研究提供新的方向。(3)嫦娥五号样品中发现高含量的太阳风成因水相比于阿波罗和月球号在月球低纬度采样,嫦娥五号所采集的中纬度月球样品,为探究月表水含量和保存机制提供了全新的窗口。中国科学院地球化学研究所研究团队对嫦娥五号月壤样品中的辉石、橄榄石和斜长石矿物开展研究,分析了不同矿物中水的成因、含量与赋存状态,发现嫦娥五号矿物表层中存在大量的太阳风成因水,估算出太阳风质子注入为嫦娥五号月壤贡献的水含量至少为170 ppm。结合透射电镜与能谱分析,揭示了太阳风成因水的形成和保存主要受矿物的暴露时间、晶体结构和成分等影响。此工作证实了月表矿物是水的重要“储库”,为月表中纬度地区水的分布提供了重要参考。(4)嫦娥五号样品月壤矿物中发现新矿物,命名为嫦娥石中国科学家首次发现月球新矿物,不仅体现了中国现代科技和工程技术水平,而且也是中国人对人类开展月球研究和深空探测的贡献。核工业北京地质研究院通过对样品进行详细研究,在十四万个月壤颗粒里找到了一个可以解结构的嫦娥石颗粒,并用聚焦离子束把它切割并提取出来,这是一颗4*7*10微米的颗粒。这项发现增添了矿物族新成员,特别是外星体矿物新成员,推动了矿物学学科的发展,为月球、行星科学研究提供了新的科学数据,具重大科学意义。该矿物是人类在月球上发现的第六种新矿物,我国成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。此工作发现嫦娥石形成于不同的环境和条件,通过研究其形成条件,可以为分析月球岩浆演化提供线索。(5)嫦娥五号样品月壤成分特征嫦娥五号样品是否可以代表着落区玄武岩的平均化学成分需要研究。中国地质大学(武汉)研究团队针对月壤样品建立一种新的分析技术,在最低2毫克样品极低损耗量情况下,同时准确测定了月壤中48种主量和微量元素含量。经过对对两批次的铲取月壤进行了七次抽样分析,结果高度一致,与国家天文台团队采用不同分析方法,对不同批次不同用量的月壤分析结果相同;与嫦娥五号任务遥感数据也一致,表明铲取月壤很均匀,可以代表着落区玄武岩的平均化学成分。经过与118个美国Apollo月壤样品、3个前苏联Luna样品的对比,我们发现嫦娥五号样品在化学成分上富铁、中钛、富钍。此外,镍含量远高于玄武岩,这表明有陨石加入,根据镍含量,估计有1%左右的陨石物质加入到月壤中。嫦娥五号着陆区位于风暴洋西北部的月海,但也可能存在月海之外的物质,源于撞击溅射混染。山东大学团队利用激光显微拉曼光谱技术了两份嫦娥五号月壤,研究发现嫦娥五号月壤的辉石和橄榄石矿物化学成分范围基本与嫦娥五号玄武岩一致,但仍存在少量(~5-7%)的富镁(Mg#>70)物质,这些富镁的镁铁质矿物有可能与Apollo样品中的镁质岩套岩石有关。推断嫦娥五号着陆区可能包含5-7%的外来镁质溅射物,其可能源自远离着陆区的大型撞击坑挖掘出的月壳物质。除以上5项代表性成果外,嫦娥五号月球样品发放一年半以来,相关研究已有50多项成果在国内外重要学术期刊发表,推动我国月球科学研究进入国际前沿。本次研讨会的成功举办,既为月球样品科研团队提供了宝贵的交流契机,也为科研成果的集中展示提供了平台,进一步推动和促进我国月球科学研究和探测的高水平发展。

青托工程

  张永海,博士,西安交通大学化学工程与技术学院副教授,博导。主要从事功率器件强化换热技术开发与应用研究。托举期间主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金面上项目、中欧载人航天合作空间应用合作项目等科研项目6项;第一或通讯作者发表国际期刊论文11篇,会议论文10篇;第一作者申请发明专利16项,授权10项;做大会邀请报告5次;担任2018年第十三届国际天地两相应用系统会议秘书长,获第十三届国际天地两相应用系统会议最佳报告奖;20余个国内外著名期刊审稿人。2019年当选中国空间科学学会微重力青年委员会副主任委员,2021年任西安交通大学化工学院传递过程强化研究所副所长,2021年获丝绸之路能源化工国际产学研用成果奖二等奖。 控制“气泡”,带走热量 张永海,博士,副教授,博导,主要从事功率器件强化换热技术开发与应用研究。2018年入选中国科协第四届青年人才托举工程,2019年当选中国空间科学学会微重力青年委员会副主任委员,2021年任西安交通大学化工学院传递过程强化研究所副所长。近五年主持国家级项目3项,省部级及其他项目10项。共发表高水平论文30余篇,申请发明专利23项,授权16项,做大会邀请报告8次。目前为中国空间科学协会会员、中国工程热物理学会会员、中国力学学会会员,20余个国内外著名期刊审稿人。沸腾换热是一种非常高效的换热方式,无论在地面常重力环境还是空间微重力环境下都有十分重要和广泛的应用。然而,重力水平的改变使得地面上可行的多数强化沸腾换热技术难以适用于空间微重力条件。我国已经进入载人空间站时代,随着新一代电子器件的发展,提高微重力下两相热管理系统效率、安全性及可靠性,是国家重大战略需求。因此,揭示沸腾换热机理,开发适用于微重力下的强化沸腾换热技术,突破现有热管理技术瓶颈,对于我国近空国防预警、航空航天、深空探测等领域的发展意义非凡。我国微重力沸腾研究资源有限且起步较晚,同时国内外关于微重力下强化沸腾换热研究的报道很少,虽然国外关于外加电场、声场等强化方法曾有提及,但国内未见相关报道。张永海及所在团队自2010年开始利用国家微重力实验室落塔平台从事微重力强化池沸腾换热研究;2015年获批国家自然科学基金青年项目开展微重力微结构强化流动沸腾换热研究;2019年获批国家自然科学基金面上项目开展微重力薄膜蒸发-沸腾相变强化换热研究,同年所在团队获批中欧载人航天合作空间应用合作项目,并在项目支持下与意大利比萨大学Paolo Di Marco团队合作完成电场+微结构强化沸腾换热抛物线飞行实验研究;2020年张永海所在团队获批中国空间站工程空间应用系统第二批科学实验项目,即将开展长时微重力强化沸腾换热研究。十年来张永海及所在团队一直从事微重力强化沸腾换热研究,揭示微重力强化沸腾换热机理,开发高效强化沸腾换热表面微结构技术,并取得了一系列成果。针对微重力下由于浮力缺失导致换热性能严重恶化的难题,自主开发具有强毛细泵吸补液机制的柱状微结构表面,利用中国科学院力学研究所国家微重力实验室百米落塔进行了短时微重力条件下过冷核态池沸腾换热实验研究,揭示微重力下强化沸腾换热关键机制,突破沸腾严重恶化难题。值得一提的是自主开发柱状微结构临界热流密度在微重力条件下约为光滑表面的3倍,解决了微重力下由于浮力缺失导致沸腾严重恶化的难题。此外,考虑柱状微结构表面底部小汽泡群对主汽泡存在拖拽作用,从而对表面张力进行改进,并考虑过冷度对汽泡体积的影响,建立了柱状微结构表面汽泡脱离修正模型,并能够更好地预测中高热流密度下汽泡的脱离半径,克服传统力平衡模型缺陷。针对载人航天热管理设备在极端微重力环境下面临的挑战,为了获得更高的换热系数和临界热流密度以适用于空间热管理系统,研究者们逐渐把微重力下两相换热的研究重点从池沸腾转移到流动沸腾上。然而,到目前为止关于微重力流动沸腾换热实验研究还很少,导致了基础数据的匮乏,阻碍了两相流动及换热在空间系统中的发展及应用。张永海及团队自主开发地面模拟微重力流动沸腾实验装置,解决了微重力资源匮乏难题。基于汽泡脱离和滑移调控机制,发展了一种微重力流动沸腾临界热流密度的模拟方法,微重力下流动沸腾CHF可通过地面对应条件下加热面方向为135°和315°测得的CHF组成的区间来近似。该方法通过落塔实验进行了验证,落塔实验结果与地面模拟实验结果吻合很好,解决了由于空间资源有限且昂贵而难以开展实验获取有效数据的难题,相关结果发表在International Journal of Multiphase Flow上。张永海在中国科协第四届青年人才托举工程支持下,在科研方面取得了长足的进步,获批主持科研项目6项,包括国家重点研发计划子课题1项,国家自然科学基金面上项目1项,中欧载人航天合作空间应用合作项目1项,陕西省重点研发计划1项,陕西省自然科学基础研究计划1项,中国博士后科学基金面上项目1项。第一或通讯作者发表国际期刊论文11篇,会议论文10篇,第一作者申请发明专利16项,授权10项,做大会邀请报告5次,2018年获第十三届国际天地两相应用系统会议最佳报告奖,2019年承办中国空间科学学会微重力青年委员会第一届微重力科学青年论坛。2021年获丝绸之路能源化工国际产学研用成果奖二等奖。