佛罗里达州立大学
左图:Sanavandi和郭设计的磁体系统示意图
右图:放置在拟定磁铁中的水样捕获能量的等高线图，显示了重力为地球重力1%的区域的大小和形状
学分:郭玮/FAMU-FSU工程学院 随着人类继续探索宇宙，太空的低重力环境给科学家和工程师带来了不同寻常的挑战
FAMU-FSU工程学院和总部位于佛罗里达州立大学的国家强磁场实验室的研究人员开发了一种新工具来帮助应对这一挑战——一种新型的低重力模拟器设计，有望为未来的太空研究和居住开辟新的领域
他们的基于磁悬浮的低重力模拟器的新设计可以创造一个低重力区域，其体积比现有的同类模拟器大1000倍
这项工作发表在《npj微重力》杂志上
机械工程副教授、该项研究的首席科学家郭玮说:“低重力对生物系统的行为有着深远的影响，还会影响许多物理过程，从流体的动力学和热传递到材料的生长和自组织。”
“然而，航天实验经常受到高成本和小有效载荷尺寸和质量的限制
因此，开发地面低重力模拟器非常重要
" 左边是博士生哈米德·萨纳凡迪和FAMU-FSU工程学院副教授郭玮
学分:郭玮/FAMU-FSU工程学院 现有的模拟器，如落塔和抛物线飞机，利用自由落体产生接近零的重力
但是这些设施通常具有短的低重力持续时间
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，几秒到几分钟，这使得它们不适合需要长观察时间的实验
另一方面，基于磁悬浮的模拟器(MLS)可以提供独特的优势，包括低成本，容易接近，可调节的重力，以及实际上无限的运行时间
但是传统的多层螺旋推进器只能产生小体积的低重力
当一个典型的模拟器模拟一个大约占地球重力1%的环境时，功能体积只有几微升，对于实际的空间研究和应用来说太小了
为了增加多管火箭的功能体积，研究人员需要一种磁铁，它能产生均匀的悬浮力，平衡大体积的重力
他们发现，他们可以通过将超导磁体与梯度麦克斯韦线圈集成来实现这一点——这种线圈配置最早是由物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在19世纪提出的
该论文的合著者、博士生哈米德·萨纳万迪说:“我们的分析表明，在一个直径只有8厘米的紧凑线圈中，可以实现超过4000微升的前所未有的功能体积。”
“当MLS中的电流减小到模拟火星上的重力时，功能体积可以超过20，000微升，或大约20立方厘米
" 研究人员还展示了如何使用现有的高温超导材料制造多层超导系统，这使得它能够以最小的能耗运行
这项工作可能证明对未来旨在月球和火星长期居住的空间任务的准备特别有用
郭说:“事实上，我们的MLS设计提供了比传统螺线管MLS大三个数量级的功能体积，使其成为低重力研究领域潜在的游戏规则改变者。”
“当这种MLS设计被用于模拟地球外环境(如月球或火星)中降低的重力时，产生的功能体积足够大，甚至可以容纳小型植物，这使得它成为医学和生物学研究的令人兴奋的工具
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