“天宫二号”空间科学实验的虚拟助手，快来了解一下 “天宫二号”空间科学实验的虚拟助手

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微重力流体物理学研究

在空间科学中占有特殊的地位，被科学家称为

“基础的基础科学研究”

。在天宫二号空间实验室上，安排了一项微重力流体物理实验——

热毛细对流实验

。

热毛细对流

是液体内部一种重要的物理效应，

在制备单晶体时它所造成的振荡会影响结晶过程，从而影响到生长晶体的质量

，所以研究热毛细对流振荡过程具有重要意义。

这项研究是通过构建

一段半透明硅油所形成的液桥

来开展的，比如我们

在拇指和食指之间滴一滴水并稍微张开，使得其中的水形成柱状，就是一个简单的液桥

。在有重力时，液桥只能很低矮，像一个头小肚大的葫芦瓶；而

在微重力条件下，重力影响消失或者很弱，可以形成更大、更长的液桥

，像一个圆弧形态的枕头，使得对液桥各种性质的研究变得更加容易。

那么科学家如何以类似地面实验的方式控制天宫中的液桥实验呢？有效载荷运控中心遥科学团队开发了

“沉浸式微重力流体遥科学实验平台”，这是地面模拟的太空、舱体内外环境以及液桥实验装置等场景。

借助此套平台，使科学家能够身临其境地沉浸在空间实验中，以更加自然便捷的方式开展实验。

科学家在地面能够360度实时观测液桥外部形态、液桥内部粒子运动以及拉桥、升降温和注液等动态操作。

通过平台内集成的数据分析及可视化功能，科学家能够实时获得液桥内部不同截面的温度场和速度场变化情况。

在实验过程中，

可通过隐藏场景其他装置等信息重点观察液桥的状态

，如液桥上下温差和高径比变化时液桥一次转捩(流体力学名词，表征一种流动现象。转捩，即从层流到湍流的过渡)和二次转捩的状态等。

此套平台设计包含了

遥现场、遥操作、遥分析和虚拟实验预测

等功能。其中，

遥现场

利用地面计算实验和空间实验数据进行科学实验场景重构，实时响应实验者操作，反馈实验进展和状态，与空间科学实验保持同步。

遥操作

提供人机多通道交互界面，通过人机交互作用、指令序列转换等实现对远程空间科学实验的控制。

遥分析

对当前实验状态和实验进展进行分析。

虚拟实验

预测利用快速实时虚拟实验计算模型，帮助地面实验者在看到真实的响应信息之前提前做出准确的决策，并补偿延时和中断对空间实验的影响。

该项目以互动的方式使科学家、公众身临其境地参与到空间探索中，借助先进的虚拟现实、三维立体显示，多通道视景同步和人机交互等技术，逼真地呈现空间环境和舱内环境，科学家可以多角度观察液桥实验的状态并控制实验进程，公众也能在交互体验中更好地获取空间探索的科学知识和信息。通过这些技术手段，

沉浸式微重力流体遥科学实验平台有效支持了“天宫二号”空间实验室的液桥热毛细对流科学研究

，并将在未来空间站应用中发挥更大作用。

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