高空飞行国际空间站实验突破了知识的界限

国际空间站(ISS)漂浮在地球上空250英里处，提供了一个独特的实验室来进行开创性的研究。通过永久在轨道上运行，它使科学家能够在机上宇航员的帮助下进行实验，并对我们在地球上面临的挑战获得新的见解。

今年四月，一台由英国QinetiQ公司在斯特拉斯克莱德设计、制造的机器从佛罗里达州肯尼迪角发射升空，进入空间站轨道，进行尖端的“粒子振动”实验。

该空间站是美国、俄罗斯、日本、欧洲(欧空局)和加拿大的联合项目，配备了大量现代研究设备。

实验需要三个月的连续活动，这段微重力只有国际空间站才能提供。

“微重力”消除了重力的影响，以观察地球上难以揭示的其他力的影响，并使研究人员能够测试分散在液体中的固体颗粒在各种操作条件下的行为。

新材料

该试验表明，通过在太空微重力环境中加热和摇动复杂的流体(含有细小固体颗粒或其他液滴的液体)，可以创造出新材料。

希望它将创造未来的新药物和环保金属，并产生解释行星、卫星和小行星如何形成的理论。

项目负责人、航空航天和机械工程系的MarcelloLappa教授偶然发现，施加到含有颗粒的液体上的振动和热量的综合影响可以用来迫使颗粒自组织并形成非常规则的结构。

拉帕教授说：“太空不仅是一个值得探索的地方，它还是一个开发新想法、测试新理论和实施新技术解决方案的绝佳场所或实验室。”

“我们通过进行复杂的数值计算机模拟发现了这一现象。现在这一原理已在真实的微重力环境中得到成功验证，它将导致未来材料具有更好的性能或具有地球上无法获得的性能的全新材料。”

该方法的工作原理是精确控制分散在流体中的颗粒的位置。许多材料在成为固体之前都会经历液态，由分散在外部液体或基质中的颗粒或液滴组成，就像里面有葡萄干的蛋糕一样。

用于生产药物的许多金属合金和蛋白质晶体也是以较大基质内的小颗粒形式生产的。这些材料在最终固态时的特性取决于这些颗粒的位置。

不可思议的事情

过去曾尝试使用磁场或电场来控制分散在流体中的颗粒。新方法不需要材料对这些场敏感，这意味着它也可以用来生产有机材料。

拉帕教授补充道：“我们已经证明，通过在没有重力的情况下摇动流体粒子混合物，粒子可以做出令人难以置信的事情。令人惊讶的是，粒子不是随机移位，而是可以被迫聚集并形成完美的网络，并且它们的位置可以改变。”控制得非常精确。”

新方法意味着制造过程可以直接在太空中生产材料，然后可以在地球上用于先进应用。这可能包括特殊金属合金，其特征是内部框架或主干能够解决作用于特定方向的应力或力，或能够导电的非金属材料——主要由塑料制成但也可以导电的材料，以及使用的蛋白质晶体在疫苗输送方面。

微重力研究

拉帕教授补充道：“下一步将是将该方法提供给工业界、制药公司、学术界和研究中心。我已经与英国航天局和英国卫星应用弹射器合作，创建一个学术和工业网络，以利用该方法其他微重力研究项目。

该实验得到了宇航员的帮助。不过，尽管拉帕教授表示，能够亲自访问国际空间站是大多数研究人员的“梦想”，但这需要多年的训练和承受恶劣条件的非凡能力。

他补充说：“我患有晕船症，可能无法承受没有重力的环境。这就像在液体中游泳一样。但在实验执行过程中，我确实喜欢远程监控所有活动通过实时连接。”

科学大臣乔治·弗里曼表示，这项实验为“令人兴奋的科学发现铺平了道路，这些发现可以改变制造方法，展示资源空间对英国和世界各地的增长和工业的价值。”

粒子振动是英国航天局直接资助的第三个飞往国际空间站的实验。第一个项目名为“分子肌肉2”，于2021年6月发射，来自诺丁汉和埃克塞特大学的科学家将数千条微小蠕虫发送到空间站上几天，以帮助了解太空飞行引起的肌肉衰退。

第二个项目名为MicroAge，由利物浦大学的科学家于2021年12月启动，将米粒大小的微小人体肌肉细胞送入太空，以了解随着年龄的增长，人体肌肉会发生什么变化以及原因。

英国航天局太空探索负责人利比·杰克逊(LibbyJackson)表示：“粒子振动表明，投资太空探索及其所开展的太空研究可以如何使地球上的我们受益。

“太空制造利用太空环境的优势来制造比我们在地球上制造的材料质量更高的材料，并且可以用来提高对我们的健康和成长至关重要的各种材料的生产。”

斯特拉斯克莱德大学副校长兼校长吉姆·麦克唐纳爵士教授表示：“在斯特拉斯克莱德大学，我们为自己在太空创新方面的记录感到自豪，这是整个大学开展尖端研究的一个很好的例子。”