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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，被科学家成为“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浸上一滴水并稍微张开，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。 那么科学家如何以地面实验类似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。  “天宫二号”液桥热毛细对流实验模拟图
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。  遥科学交互式实验操作平台
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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