地面微重力模擬是隨著航天技術的發展而出現的新研究領域，很快便成為美國、日本、加拿大等空間大國相繼關注的重要技術之一，相比於數字仿真和理論評估，通過微重力模擬所得到的試驗數據真實性、可靠性更強，具有不可替代的優勢。
為保證太空飛行器在軌運行的可靠性，微重力地面模擬試驗是一項必不可少的工作。
基本介紹
- 中文名：微重力模擬
- 外文名：Microgravity simulation
- 模擬方式：運動法、力平衡法
- 常用方法：懸吊法、水浮法等
- 目的：保證太空飛行器在軌運行的可靠性
- 實現：採用機械裝置
簡介,背景,模擬方式,常用微重力模擬方法的優缺點,
簡介
地面微重力模擬是隨著航天技術的發展而出現的新研究領域，很快便成為美國、日本、加拿大等空間大國相繼關注的重要技術之一，相比於數字仿真和理論評估，通過微重力模擬所得到的試驗數據真實性、可靠性更強，具有不可替代的優勢。
不同於其他物理作用，重力是萬有引力的分量，其產生無需接觸，也無法通過現有的科學方法消除或隔斷。由於萬有引力幾乎全部用來提供向心力，物體在太空中處於微重力環境，微重力一般為g×10的負4次方量級，在地面上建立模擬系統，模擬太空的微重力環境一般採用機械裝置實現。
背景
空間微重力環境對生命體生理穩態的影響規律及其機理的認識是載人航天活動必需解決的一個核心科學問題. 微重力下浮力趨於消失、表面效應凸顯, 不同密度和質量的物體因失重而難以沉降, 從而顯著影響生命體的物理、化學和生物學過程, 導致其生命活動和生理行為發生顯著改變. 由於重力的作用與所研究對象尺度的三次方成正比, 加之生命體多層次、多尺度耦合作用的複雜性, 因此, 選擇生命體的基本單元——細胞——作為地基研究的突破口, 來解決這一載人航天活動的核心科學問題, 是合理、有效的選擇。
微重力模擬
微重力模擬模擬方式
從原理上可以劃分為二種形式：
（1）運動法模擬微重力
運動法使物體按照特定的規律運動，讓物體所受的重力幾乎全部用來抵消慣性力或離心力，即重力全部用來提供物體運動所需加速度，以此消除重力影響，實現微重力模擬，運動法模擬微重力包括落塔法、拋物飛行法和探空火箭法等方式。
（2）力平衡法模擬微重力
力平衡法主要通過平衡力抵消重力影響，如利用氣足支撐、中性液體浮力、吊絲配重、靜平衡機構等方式抵消重力，模擬微重力環境，具體方法包括氣浮法、水浮法、懸吊法、靜平衡機構法、電磁平衡法等。
常用微重力模擬方法的優缺點
（1）落塔法：微重力模擬精度高，可重複利用、安全可靠，且可進行三維空間的微重力實驗。缺點是造價昂貴，被試設備尺寸受限制，微重力模擬時間過短，使得其套用受到很大限制。
（2）拋物飛行法：微重力模擬精度較高，可重複利用，也可進行三維空間的微重力模擬。缺點是造價昂貴，被試設備外形尺寸、重量受限制，飛行的安全性需考慮，微重力模擬時間短。
（3）水浮法：可實現三維微重力模擬，模擬時間不受限制。缺點是水的阻力和紊流會影響被試設備的動力學特性，影響空間環境模擬精度，被試設備必須進行專門防水處理，維護成本高，試驗期間的密封性要求高。
（4）氣浮法：微重力模擬精度高，建造周期短、成本低，易於維護，模擬時間不受限制，通過更換接口部件即可重複利用，可靠性高，具有很強的適應性。缺點是很難實現豎直方向微重力模擬。
（5）懸吊法：可進行三維微重力模擬，結構相對簡單，易於實現，模擬時間不受限制，套用廣泛。缺點是微重力模擬精度不高，支撐繩索的桁架機構複雜，占用空間大，繩索運動時所受摩擦力大，嚴重影響試驗精度，主動式懸吊法易產生干涉，此外，繩索的柔性、抖動以及配重塊的慣性效應等因素都會對微重力模擬帶來不利影響。在已發展的多種微重力模擬技術中，懸吊法原理簡單，使用靈活且可靠，成本低，套用廣泛。為了減小對載荷的影響，儘可能地模擬載荷處於失重時的自由狀態，懸吊裝置應滿足質量小、剛度低的要求。
（6）靜平衡法：結構精巧，易於實現，可實現多自由度微重力模擬，附加慣性效應小。缺點是微重力模擬精度易受彈簧剛度等因素影響，進行多維多自由度微重力模擬時機構非常複雜，適應性和通用性較差。
