科学通报 | 中国科学院力学研究所李凯课题组综述中国微重力流体物理前沿与交叉进展|中国科学院力学研究所|动力学|微重力流体|李凯(足球运动员)|课题组

中国科学院力学研究所李凯课题组在《科学通报》“香山科学会议专栏”发表评述文章，介绍了我国近年在微重力流体物理领域取得的研究进展，一方面梳理了界面现象与调控、多相热流体动力学与相变传热、复杂多相体系演变与特征等学科前沿，另一方面聚焦于空间动力能源、地外生存保障与原位资源利用、空间热控等场景的关键技术突破。

微重力科学是我国空间科学、深空探测发展急需的重大基础和工程技术领域前沿，旨在探索不同重力环境（微、超及低重力）和重力变化过程中物质运动、能量输运与生命活动的规律。微重力流体物理是微重力科学的核心研究方向，主要研究不同重力环境和重力变化过程中液体、气体或多相混合物以及分散体系等物质的流动、形态、相变及其运动规律与机理，涵盖材料科学、化学、生物学、工程等多个学科的交叉融合，在空间动力能源、地外生存与原位资源利用、空间热控等领域具有广泛的应用场景。

本文首先从空间微重力流体物理学科前沿的角度展开了综述：在界面现象与调控方面，着重介绍了马兰贡尼效应与不稳定性的研究进展，并总结了毛细流动现象及其调控的最新研究现状；在多相热流体动力学与相变传热方面，着重介绍了池沸腾传热与气泡动力学的重力标度规律、以表面微柱结构和电场强化为主的微重力强化传热技术进展，以及目前中国空间站已完成的空间冷凝过程强化等任务，同时还综述了微重力喷雾冷却方面的研究进展；在复杂多相体系演变与特征方面，则着重介绍了液滴蒸发诱导的胶体球动态自组装以及液晶相行为、中国空间站正开展的胶体聚集与结晶过程、玻璃态转变与流变行为、长时程生物大分子液液相分离等实验任务，同时总结了颗粒物质体系近年的研究进展。

本文进一步从空间前瞻性技术中的微重力流体物理学科交叉角度展开综述。在空间运输与动力推进方面，着重介绍了可复用火箭、在轨与地外环境中的低温推进剂管理与调控研究进展，包括贮箱推进剂热力学、防晃、掺混与重定位、刚液耦合、蓄留与流体获取、零/低蒸发贮存、增压系统、空间加注等内容；在地外资源开发利用方面，介绍了涉及小行星形成与演化的微重力流体力学机制、小行星表面着陆接触、弹跳移动、撞击采样等流固耦合问题研究进展，同时总结了水原位电解/燃料电池、月壤利用与制造/建造等过程中的微重力流体物理基础问题与技术集成研究进展；在空间热控方面，着重介绍了深冷环路热管、空间泵驱两相回路、基于热泵的流体回路技术中的重力效应研究进展。

未来，中国空间站将可能成为国际上唯一长期运行的载人空间站。在这一历史机遇下，后续工作将围绕持续深化微重力流动体系中的系统性理论构建与应用展开，发展微重力等极端条件下流体的多尺度多场耦合作用机制及调控方法，提升对复杂系统动力学和控制机制的认识，进一步促进微重力流体物理乃至微重力科学的全面发展，切实支撑我国深空探测任务中的关键技术突破与工程应用。

中国科学院力学研究所赵霄副研究员为论文第一作者，微重力重点实验室主任李凯研究员为论文通讯作者，赵建福研究员与胡文瑞院士对论文提供了重要的指导与评阅意见。