空间站微重力复杂等离子体实验载荷与科学研究进展

杜诚然 1，冯岩 2，王晓钢 3，张立宪 4（1.东华大学物理学院，磁约束核聚变教育部研究中心，纺织行业先进等离子体技术与应用重点实验室；2.苏州大学物理科学与技术学院，等离子体物理与技术研究所，前沿材料物理与器件省高校重点实验室；3.哈尔滨工业大学物理学院，空间环境与物质科学研究院；4.中国科学院空间应用工程与技术中心）

摘要：复杂等离子体是由电离气体与介观颗粒组成的一种复杂系统，作为软物质的等离子体态，在基础物理与应用研究方面具有重要的意义与价值，也一直是空间站微重力实验的重要组成部分。讨论了复杂等离子体的基本性质，着重描述了颗粒充电机制与测量方法，分析了颗粒相互作用原理与外场受力情况。介绍了和平号空间站与国际空间站4 代实验载荷的技术特点，涵盖颗粒光致带电以及直流与射频等离子体放电，综述了6 个具有代表性的研究课题，包括电荷诱导颗粒凝结、三维结晶与熔化、双分散复杂等离子体相分离、电流变效应与链结构自组织、放电极性反转诱发尘埃声波与频率同步现象、颗粒流驱动流体涡旋，并结合实验室匹配研究进行了对比分析。最后，介绍了未来国际空间站与中国空间站实验载荷的初步设计方案与主要功能。

关键词：复杂等离子体；微重力；屏蔽库伦相互作用；结构自组织；强耦合