微重力科学实验及载荷设计

课程编码：082500M01006H 英文名称：Microgravity Scientific Experiments and Payload Design 课时：52 学分：3.00 课程属性：一级学科核心课 主讲教师：段俐等

本课程为天文与空间科学学院博士和硕士研究生相关学科的专业必修课程，为空间科学与宇航技术相关专业本科生的选修课程，也可以作为其它学院博士生和硕士生的选修课程。本课程从微重力科学的基本概念、空间微重力科学实验和空间工程技术实施出发，详细介绍微重力科学的主要科学研究进展、大型微重力环境模拟基础设施、有效载荷设计与研制要求，微重力流体物理科学实验及空间实验载荷设计，燃烧科学与微重力燃烧基础、微重力燃烧科学实验，空间材料科学实验原理、设计及方法、空间材料科学实验测量技术及空间实验等。概括微重力科学实验的前沿进展和发展方向，引领学生从认识微重力科学实验及方法，拓展学生对实验科学及相关新的空间科学实验的认知，培养学生的实验科学能力，提高学生严谨的科学实验素养。为今后科研任务中开展地基科学实验和微重力设施的利用，以及卫星、飞船、空间站等轨道飞行器上的空间科学实验研究工作打下基础。

大学物理（含普通物理实验）、电路与电子学、计算机应用、机械设计、力学实验原理与技术

第一章 微重力科学概述及微重力基础设施 6学时
第1节 学科背景与发展现状
第2节 我国微重力空间实验
第3节 微重力基本概念
第4节 微重力环境模拟设施
第二章 空间任务管理系统及有效载荷设计与验证要求 6学时
第1节 空间任务的工程管理
第2节 工程任务剖面
第3节 有效载荷设计规范
第4节 有效载荷验证要求
第三章 微重力流体物理和实验测量方法 6学时
第1节 对流体的初步认识及基本概念
第2节 重力和微重力对流体的影响
第3节 微重力流体物理及典型问题
第4节 流体实验测量方法及其空间应用
第四章 微重力流体物理地面研究及空间实验 6学时
第1节 液桥热毛细对流（TG-2）
第2节 环形液池热毛细对流（SJ-10）
第3节 空间扩散传质及扩散系数测量（SJ-8）
第4节 液滴（气泡）热毛细迁移（JB-4）
第5节 毛细界面问题的落塔实验研究
第6节 空间站流体柜及首批科学实验项目
第五章 燃烧科学与微重力燃烧基础 6学时
第1节 燃烧与人类社会
第2节 燃烧科学概述
第3节 燃烧学基础
第4节 微重力燃烧科学
第六章 微重力燃烧科学实验 6学时
第1节 空间燃烧实验有效载荷设计和研制
第2节 专用微重力燃烧实验装置
第3节 通用空间燃烧实验装置
第4节 微重力燃烧研究成就
第5节 发展动态与展望
第七章 空间材料科学研究概念及实验系统设计方法 6学时
第1节 引言（空间材料科学研究的范畴）
第2节 与空间材料科学实验相关的太空环境
第3节 空间材料科学的定义
第4节 各个国家的专业方向分类
第5节 材料在航空航天中的应用示例
第6节 空间材料科学的名词术语
第7节 部分参考书目与资料
第8节 材料在太空环境下的一些现象
第9节 微重力下研究材料的哪些物理现象
第10节 材料在太空中使役行为研究哪些物理现象
第11节 材料在太空微重力环境下所要研究的一些物理现象
第12节 空间材料科学实验系统设计基础—空间系统工程概念及设计流程
第13节 系统工程基础
第14节 NASA工程/项目寿命周期
第15节 统设计流程
第16节 统设计流程
第八章 空间材料科学实验技术和实验系统设计实例及空间实验 6学时
第1节 载荷材料实验样品实验过程及在空间环境介质中的存在形式
第2节 空间材料科学实验系统（装置）的主要类型
第3节 实验样品主要类型
第4节 空间材料科学实验载荷设计常用技术介绍
第5节 空间材料科学实验系统设计引入的相关技术需求示例
第6节 信号与图像等测量与记录技术
第7节 获得高温的方法
第8节 耐火与保温材料
第9节 加热系统的温度控制
第10节 真空的获得及真空系统
第11节 变速、曲线与直线运动变换、计数
第12节 霍尔传感器
第13节 材料科学实验装置的设计示例
第14节 空间实验的科学实验需求分析
第15节 材料科学实验系统（装置）设计示例
第16节 未来空间实验场地与实验技术的发展
第17节 未来空间实验场地
第18节 空间材料科学实验技术的发展
第19节 空间材料科学实验技术的发展
第九章 中国航天员训练中心 3学时
第1节 航天员训练中心参观
第十章 总结讲评 1学时
第1节 四次报告研讨总结

首席教授：段 俐 研究员（中科院力学研究所）
主讲教师：康 琦 研究员（中科院力学研究所）
主讲教师：王双峰 研究员（中科院力学研究所）
主讲教师：潘明祥 研究员（中科院物理研究所）
助 教：暂缺（首席教授 段俐 协调）