“天宮課堂”第三講有哪些亮點(diǎn)

樊巍 王然

10月12日16時(shí)01分，“天宮課堂”第三課再度以天地互動(dòng)的方式在中國空間站開講，新晉“太空教師”陳冬、劉洋、蔡旭哲為廣大青少年帶來一場精彩的太空科普課。這是中國航天員首次在問天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)進(jìn)行授課，也是“天宮課堂”活動(dòng)首次將主課堂設(shè)在中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心。此外，本次太空授課活動(dòng)還在山東荷澤、河南鄭州、云南大理分設(shè)3個(gè)地面分課堂，共有約400名中小學(xué)生代表參加現(xiàn)場授課動(dòng)。

首次展示空間站植物實(shí)驗(yàn)操作

在約50分鐘的授課中，神舟十四號(hào)飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲生動(dòng)介紹展示了空間站問天實(shí)驗(yàn)艙工作生活場景，演示了微重力環(huán)境下毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、水球變“懶”實(shí)驗(yàn)、太空趣味飲水、會(huì)調(diào)頭的扳手等神奇現(xiàn)象，并生動(dòng)講解了實(shí)驗(yàn)背后的科學(xué)原理。此外，航天員還重點(diǎn)介紹了在中國空間站開展的水稻和擬南芥種植研究情況，展示不手套箱剪株操作。

在微重力環(huán)境下毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，航天員陳冬、劉洋生動(dòng)展示了失重環(huán)境下液體顯著的毛細(xì)現(xiàn)象。劉洋介紹稱，這個(gè)實(shí)驗(yàn)看起來雖然簡單，但里面涉及的原理比較復(fù)雜，航空器發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料儲(chǔ)箱、高空熱管都利用了這種毛細(xì)作用。

在水球變“懶”實(shí)驗(yàn)中，劉洋探究了在微重力環(huán)境下，液體與液固混合體在相同沖擊作用下的震動(dòng)表現(xiàn)。在太空趣味飲水實(shí)驗(yàn)中，劉洋展示了在空間微重力環(huán)境下，使用一根長達(dá)兩米的飲水管，僅依靠吮吸的力量就喝到了兩米以外飲水袋中的飲料。

在“會(huì)調(diào)頭的扳手”實(shí)驗(yàn)中，陳冬展示了微重力環(huán)境下扳手如何旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)。陳冬介紹稱，這一現(xiàn)象是蘇聯(lián)航天員賈尼別科夫在空間站偶然發(fā)現(xiàn)的，所以也叫“賈尼別科夫效應(yīng)”。研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)現(xiàn)象與扳手的旋轉(zhuǎn)方式和它的質(zhì)量分布有關(guān)系。這個(gè)現(xiàn)象在地面不太容易看到，但在太空中卻是小菜一碟。

此外，在此次太空授課活動(dòng)中，神舟十四號(hào)的太空教師還首次借助MR眼鏡，完成了擬南芥植株次借助的采集工作,并以天地互動(dòng)的方式，將航天員在太空中種植的水稻和擬南芥成果，與此前參加“天地共播一粒種”活動(dòng)的同學(xué)們，在地面種植的水稻和擬南芥成果進(jìn)行了比對(duì)。

中國航天員科研訓(xùn)練中心航天員訓(xùn)練教員石玉生在接受媒體采訪時(shí)表示，此次選擇這些實(shí)驗(yàn)主要基于以下幾點(diǎn)考慮：首先是實(shí)驗(yàn)的天地現(xiàn)象差異一定要顯著，其次是科學(xué)原理要清晰，最后是整個(gè)的視覺效果要好，要具有傳播性，能夠起到真正的科普效果?！拔覀冞@次授課，相比前幾次授課有了進(jìn)一步的創(chuàng)新，首先是三名航天員是在全新的問天實(shí)驗(yàn)艙段授課，演示天地迥異的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)一步激發(fā)同學(xué)們對(duì)于日?，F(xiàn)象的思考。同時(shí)，我們還首次展示了空間站植物研究項(xiàng)目的科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，進(jìn)一步展現(xiàn)我們國家的空間站作為國家太空實(shí)驗(yàn)室的強(qiáng)大科研能力?！?/p>

航天員展示問天實(shí)驗(yàn)艙四個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜

在此次授課活動(dòng)中，三名航天員也向廣大青少年介紹了在問天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)生活和工作的情況。

劉洋介紹稱，問天實(shí)驗(yàn)艙睡眠區(qū)的方向和天和核心艙是不同的，天和核心艙的睡眠區(qū)是橫向的，而問天實(shí)驗(yàn)艙則是縱向的，“在地面上我們沒法這樣睡覺，但在微重力環(huán)境下我們在任意方向睡眠的感覺都是一樣的，所以可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要來安排我們的睡眠區(qū)方向?！睋?jù)了解，問天實(shí)驗(yàn)艙具備獨(dú)立支撐乘組在軌生活保障能力，并且有完整的控制系統(tǒng)，如果天和核心艙遇到緊急情況，問天實(shí)驗(yàn)艙可以作為舞個(gè)空間站的核心接管控制。

此外，問天實(shí)驗(yàn)艙還為中國空間站增添了許多新的科學(xué)設(shè)備。陳冬、劉洋分別展示了問天實(shí)驗(yàn)艙中的科學(xué)手套箱和低溫存儲(chǔ)柜、生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、生物技實(shí)驗(yàn)柜以及變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜4臺(tái)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜。

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，問天實(shí)驗(yàn)艙中的科學(xué)手套箱可為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)密閉、潔凈的操作空間，讓科學(xué)實(shí)驗(yàn)更加便捷可控。未來手套箱中還要安裝一臺(tái)靈巧機(jī)械臂和一套顯微操作系統(tǒng)，可以里面自動(dòng)完成0.5微米級(jí)精度的實(shí)驗(yàn)操作，如對(duì)細(xì)胞進(jìn)行穿刺操作?？茖W(xué)手套箱的下方是低溫存儲(chǔ)裝置，相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)樣本的“太空冰箱”，可以提供包括零下8攝氏度、零下20攝氏度、4攝氏度的溫度存儲(chǔ)條件，滿足不同實(shí)驗(yàn)樣本的低溫存儲(chǔ)需求。

生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜以多種類型的生物個(gè)體如植物種子、幼苗、植株、兼顧動(dòng)物個(gè)體為實(shí)驗(yàn)樣品，開展擬南芥、線蟲、果蠅、斑馬魚等動(dòng)植物的空間生長實(shí)驗(yàn)，預(yù)期成果將促進(jìn)人類對(duì)生命現(xiàn)象本質(zhì)的理解，揭示微重力對(duì)生物個(gè)體生長、發(fā)育與衰老的影響，探索空間輻射生物學(xué)和生命起源機(jī)理，為構(gòu)建應(yīng)用型受控生命生態(tài)系統(tǒng)提供理論和技術(shù)支撐。

生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜是以細(xì)胞、組織和蛋白質(zhì)等生物樣品為對(duì)象進(jìn)行研究的科研設(shè)備，配置了各種先進(jìn)的細(xì)胞培養(yǎng)和原位檢測儀器，相當(dāng)于在太空中的一個(gè)小型生物實(shí)驗(yàn)室。支持在生命起源、創(chuàng)新生物材料、藥物和醫(yī)療技術(shù)等方面研究，促進(jìn)組織工程、生物醫(yī)藥、環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展。

變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜能夠?yàn)榭茖W(xué)實(shí)驗(yàn)提供高精度模擬重力環(huán)境，研究不同重力環(huán)境下的物理、化學(xué)和生命科學(xué)現(xiàn)象。變重力實(shí)驗(yàn)柜里面有兩個(gè)圓盤，叫做轉(zhuǎn)子。每個(gè)轉(zhuǎn)子上面都可安裝標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，可單獨(dú)使用，也可以組合使用。通過調(diào)節(jié)圓盤轉(zhuǎn)速，就可以在空間站為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供長期穩(wěn)定的0.01g-2g高精度模擬的重力環(huán)境。而在與地面課，堂的青少年展開互動(dòng)的過程中，航天員蔡旭哲還透露，中國空間站上將要安裝的空間冷原子時(shí)鐘，可以達(dá)到50億年誤差僅一秒的超高精度。

“天鏈”支撐天地互動(dòng)穩(wěn)定流暢

在此次“太空授課”過程 中，天地之間的畫面?zhèn)鬏斍逦?流暢，地面課堂的同學(xué)們與太 空課堂的老師之間的互動(dòng)交流 實(shí)現(xiàn)“無縫銜接”，而這都得 益于“天鏈”中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的強(qiáng)大功能。

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，在約50分鐘的授課中，北京空間信息傳輸中心調(diào)用“天鏈一號(hào)”03星和“天鏈二號(hào)”01星，為中國空間站組合體提供天基測控與數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，搭建起天地往返的“信息天路”，實(shí)現(xiàn)地面與艙內(nèi)航天員之間話音、圖像的雙向傳輸，為“太空授課”的順利進(jìn)行提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸支撐。

據(jù)了解，由于當(dāng)前天和核心艙和問天實(shí)驗(yàn)艙處于“L”構(gòu)型，在飛行姿態(tài)的約束下，本次太空授課期間的測控由兩個(gè)艙段接力完成，實(shí)現(xiàn)了“太空天路”無縫銜接。測控團(tuán)隊(duì)特別設(shè)計(jì)了一體化“數(shù)據(jù)代傳”的飛行程序：授課的前半段由問天實(shí)驗(yàn)艙跟蹤“天鏈”中繼衛(wèi)星，后半段由天和核心艙跟蹤另一顆“天鏈”中繼衛(wèi)星，而在中間兩艙同時(shí)跟蹤不同中繼衛(wèi)星的階段，通過數(shù)據(jù)代傳讓兩艙實(shí)現(xiàn)信息并網(wǎng)聯(lián)通，完成“無縫接力”，從而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)測控，保障太空授課的順利進(jìn)行。此次太空授課中采用兩艙接力測控的方式，充分體現(xiàn)了空間站整站設(shè)計(jì)“1+1=1”的特點(diǎn)，是中國空間站有機(jī)融合運(yùn)行的一個(gè)有效例證。

“實(shí)現(xiàn)太空授課的一個(gè)難點(diǎn)是需要對(duì)中國空間站進(jìn)行長時(shí)間持續(xù)測控，而受地球曲率影響，依靠傳統(tǒng)的測控站點(diǎn)很難獨(dú)立達(dá)到這一要求?！敝行目偣こ處焼伍L勝在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)介紹稱，“中繼衛(wèi)星系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、傳輸速率高的特點(diǎn)，在它的支持下，我們不僅可以達(dá)到對(duì)空間站組合體持續(xù)測控的目的，還可以幫助航天員與地面進(jìn)行雙向音視頻通話、在艙內(nèi)使用WIFI等?！?/p>

而“天宮課堂”連續(xù)開講，彰顯著我國航天技術(shù)的日益強(qiáng)大，也見證著我國天基測控事業(yè)的不斷進(jìn)步?！跋乱徊?我們?nèi)砸蚱鹗值木?，為中國空間站提供持續(xù)穩(wěn)定可靠的天基測控和數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，圓滿完成各項(xiàng)任務(wù)?！眴伍L勝稱。▲