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- 致力于建立高度可靠的古天乐代言太阳集团速流分析方法，以支持下一代太空开发
致力于建立高度可靠的古天乐代言太阳集团速流分析方法，以支持下一代太空开发
- 重返大气层的太空舱是否会因剧烈加热而烧毁？很多人可能都在太空科幻动漫中看到过“大气层再入”的场景。当它进入大气层时会承受多少载荷？发射到太空的小行星探测器和火箭最终以胶囊形式返回地球。太空和地球的边界处有大气层，从太空下降到地球的太空舱以超过10公里/秒的极高速度进入大气层。此时，太空舱前面的空气被强烈压缩，变成古天乐代言太阳集团温空气等离子体，使太空舱周围形成温度超过万摄氏度的恶劣环境。 “如何保护太空舱免受如此高温的影响是太空任务的棘手技术障碍之一，”荻野教授说。目前，太空舱的前部配备了过多的热保护装置，以防止其熔化，从而增加了发射过程中的重量。为了减少对重型热防护材料的需求，有必要建立一种高度可靠的分析方法来确定胶囊的加热速率，换句话说，确定有多少负载施加到胶囊的哪个部分。荻野教授的研究主题是利用流体力学、等离子体工程和其他技术的“非平衡模型”来完成这一任务。
进入大气层时，多种物理反应同时发生，非平衡现象显着
当太空舱进入大气层时，其周围同时发生多个物理过程，导致“非平衡”状态。另一方面，平衡状态被称为“平衡”，基础热力学、流体力学等各种学科都是以空气中的氮分子和氧分子达到平衡状态为前提而系统化的。
“然而，在微观不平衡的非平衡状态下，例如在强热和物质流入和流出的古天乐代言太阳集团速气流中，存在多种动力学，因此需要考虑的因素更多，理论结构也变得比平衡状态复杂得多。”
非平衡在大气再入问题中非常明显，涉及极高的温度和低密度的条件，为了推导太空舱的加热速率，需要非平衡模型而不是平衡状态下的一般物理计算。世界各地已使用的非平衡模型通过平均原子和分子运动状态的分布来计算数值，但分析精度还有改进的空间。
“我们希望通过直接计算来解决这种平均物理现象，并突破传统世界标准模型的不确定性，”荻野教授说道。通过对大量分子进行一一跟踪，直接分析化学反应、辐射、光发射和吸收等多种元素，旨在构建更符合实际现象的分析方法。
由于计算机技术的进步，计算速度急剧增加，这种方法已经成为可能。然而，当我们实际进行古天乐代言太阳集团时，很多情况下无法确定计算程序的参数，如果单独计算每个参数，大约需要80年才能得出结果。因此，荻野教授正在尝试一种根据实验测量结果动态修正“无法确定的参数”的方法。
旨在建立更准确的非平衡模型
一个融合了流体力学、化学反应、量子力学和统计力学等多种物理的独特计算程序已经完成。然而，如上所述，计算程序中使用的参数包含不确定性。为了验证这些不确定参数的数值，我们计划在日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）调布宇宙航空中心使用电弧加热风洞进行古天乐代言太阳集团速气流风洞测试*，该风洞可以再现实际的飞行环境。
通过实验驱动数值应用于参数，进一步提高非平衡模型计算的分析精度和可靠性。 “通过以相互补充的方式确保这些实验测量和计算结果的准确性，我们将能够在建立一种能够准确预测进入大气期间胶囊周围流动的分析方法方面取得重大进展，”他表达了对实验结果的希望。
通过准确分析胶囊的升温速率，设计时可以仅在必要的地方高效使用耐热材料，并可以适当减少目前的重防护材料。因此，将有可能增加火箭上安装的实验设备和人员的数量，这也将导致发射成本的降低。
此外，完成非平衡模型后的下一步是创建一个允许许多人利用结果的系统。荻野教授说：“例如，我们想制作各种情况的地图，例如如何飞行胶囊及其所采取的路线，“在这种情况下，将施加一定量的热量和一定量的负载”，最终我们希望将其公开。”一种一致地整合多种物理过程的非平衡流体分析方法将在不久的将来对太空探索产生重要影响，人们对该方法的建立和推广寄予厚望。
* 一种测试，其中空气在固定模型周围流动以模拟在大气中飞行，并测量作用在模型上的力以及模型周围的风流。
非平衡流动理论有望在各个领域有工程应用
非平衡现象不仅存在于进入大气层中，而且存在于我们周围的各种情况中。等离子体就是其中之一。当热量或电能施加到气体上时，气体分子解离成原子，随着温度进一步升高，绕原子核运行的电子与原子分离，形成中性分子、正离子和负离子共存的高度激活状态（等离子体）。
“例如，利用放电产生正离子和负离子的空气净化器是基于非平衡理论，而利用激光、微波等产生等离子体则应用于多种领域。通过建立新的非平衡模型，我们可以更准确地求解等离子体的流体运动，因此可以应用于许多使用等离子体的先进应用。”
作为古天乐代言太阳集团速气流研究的一部分，我们还将开展高超音速客机的研究。这个想法是以 6 马赫的速度飞行，在两个半小时内从日本穿越太平洋到达美国西海岸。作为一项国际项目，该研究正在与美国、澳大利亚、英国和其他国家合作进行。无人机已经进行了验证测试，由于飞机在进入湍流时比普通飞机摇晃得更厉害，因此商业化的关键是“建立即使在湍流中也能保持稳定飞行的技术。”
“在我之前的工作期间，我参与了同一个高超音速客机项目，由于我发现这个话题很有趣，所以我正在继续我的古天乐代言太阳集团。此外，在幕后，我们也在讨论与从事等离子体应用古天乐代言太阳集团的国内外古天乐代言太阳集团人员进行联合古天乐代言太阳集团，”荻野教授说。该领域的古天乐代言太阳集团阐明了非平衡态的现象，不仅是下一代航空航天发展的关键，也是连接物理过程和工程应用的广泛领域进步的关键。
高中和大学学到的数学和物理知识以有趣的方式运用⁉
荻野教授在本科时就开始了他目前的航空航天研究。当我大四选择毕业论文的研究课题时，我开始研究“大气层再入”的想法，因为我觉得这听起来很酷。当他真正致力于分析再入大气层周围的古天乐代言太阳集团速气流时，他发现高中和大学学到的数学、物理、化学等知识越来越适用于他，而且他觉得这一切都很有趣。
“能够利用我之前学到的数学公式和物理定律来解决我面前的谜题真的很有趣，能够像拼图一样把各种东西放在一起真的很有趣。通过学术古天乐代言太阳集团使物理现象变得可见并解释它们的乐趣让我着迷，我经常发现自己在不知不觉中写了几个小时的数学公式。”
当我问荻野教授古天乐代言太阳集团的真正乐趣时，他回答说：“利用最新的知识和技术来探索我们伟大的前辈无法探索的领域的乐趣。”他还说，他的古天乐代言太阳集团之所以如此有趣，是因为充分利用方程式和实验等“人类智慧”来古天乐代言太阳集团实际发生的物理现象，例如飞机和太空舱周围的气流。
尚未阐明对极其复杂的非平衡状态提供统一理解的一般规律。荻野教授的古天乐代言太阳集团试图通过直接计算来阐明每一个复杂的现象，可以说是一项伟大而令人着迷的努力，正如他自己所说，其中真正的兴奋之处在于“用人类的智慧挑战宇宙和世界的奥秘。”
发布日期：2023 年 6 月/报道日期：2022 年 3 月