北京落塔完成低温液体短时微重力试验

中国科学院力学研究所微重力重点实验室北京落塔完成了中国首次低温液体短时微重力试验，这也是世界上首次以液氧为基础的短时微重力落塔试验。

航天器发射的绿色和高比冲需求引起了低温推进剂的广泛关注。其中，液氧作为氧化剂，在不同重力环境下的行为对促进航天技术发展有重要影响，影响航天器发动机燃料供应系统的稳定性。液氧位于-183℃的极低温区，表现出界面张力、粘度、汽化潜热等物理性质不同于常温液体。然而，液氧的强氧化能力促进了微重力环境中流动和传热特性的研究。

力学院赵建福团队与上海交通大学吴静怡、杨光团队合作，解决了低温可视化、试验参数准确控制、试验安全保障等技术问题，完成了模拟储罐塔试验装置的开发、试验过程设计和地面试验验证，完成了部分充液模拟储罐中液氧蒸汽两相系统在微/变重力环境下汽液界面演变行为的实验研究，改变了储罐中的传热和温度和压力动态变化。

落塔试验采用单舱方式，微重力水平可达10-3g，微重力持续时间约3.6 s。在实验准备阶段，研究人员利用液氮将模拟储罐内的高压氧冷凝成液氧，并利用高速相机对模拟储罐内的液体界面进行可视化检测。研究人员在模拟储罐内的液氧填充量满足设计要求后，将单舱及其内部实验装置吊装到塔83 m释放平台，在检查模拟储罐试验装置的状态时，观察其内部液氧蒸汽系统在重力变化下的响应行为。该试验完成了9次自由下落试验，获得了液氧蒸汽界面在微重力下的起伏和热行为的特点，分析了异质增压氦、灌溉量、初始温度分布等因素对储罐内部过程的影响。

本实验将为探讨微/变重力低温液体储罐流体和热管理过程建模提供标准测试数据，提高科研人员对低温气液两相流动和传热规律变化的认识。同时，有望为低温推进技术、低温工质在轨长期存储管理、可回收运载火箭回归控制技术等关键技术的发展提供数据支持。

研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市自然科学基金的支持。