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            (視窗)飛天夢永不失重 科學夢張力無限 太空課堂又開課


            北京時間2021年12月9日16時許,天地信號接通,一個懸浮在空中勻速自轉的小小陀螺出現在同學們眼前?!皻g迎來到‘天宮課堂’!”清脆清晰的聲音響起,化身“太空教師”的神舟十三號航天員翟志剛、王亞平、葉光富出現在畫面中,“天宮課堂”第一課在中國空間站正式開講。

            這是時隔8年之后,中國航天員再次進行太空授課,也是中國空間站首次太空授課活動。

            ●太空教室 “太空教師”兩堂課講了啥

            2011年9月29日天宮一號在酒泉衛星發射中心發射升空,在軌期間,天宮一號先后與神舟八號、神舟九號和神舟十號飛船完成多次空間交會對接;2016年3月16日,天宮一號正式終止數據服務;2018年4月2日再入大氣層,銷毀部分器件,隕落南太平洋。天宮一號是中國載人航天工程發射的第一個目標飛行器,中國第一個空間實驗室,也是中國空間站的起點。

            2013年6月11日17時38分神舟十號在酒泉衛星發射中心發射,搭載三位航天員——聶海勝、張曉光、王亞平,在軌飛行十五天左右,6月13日與天宮一號進行對接,6月26日回歸地球。

            2013年6月20日,我國的首堂太空課程在天宮一號課堂開講。

            主講:航天員王亞平

            助教:航天員聶海勝、張曉光

            在不到一小時的時間中,王亞平變身王老師,在聶海勝和張曉光的配合下向觀眾展示了航天員如何稱體重、太空懸空打坐和旋轉,彈簧秤實驗、小球單擺實驗、陀螺實驗、水滴試驗、水膜和水球實驗等,使同學們了解失重條件下物體運動的特點、液體表面張力的作用,加深對質量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。

            2021年4月29日,22.5噸重的中國空間站天和核心艙從文昌航天發射場啟程,核心艙作為空間站的主控艙段,既是空間站的管理和控制中心,也是航天員生活的主要場所,已有能力支持航天員長時間在太空生活。

            2021年10月16日0時23分神舟十三號在酒泉衛星發射中心發射,搭載三位航天員——翟志剛、王亞平、葉光富。10月16日6時56分,神舟十三號載人飛船與空間站組合體完成自主快速交會對接。

            2021年12月9日15時40分,“天宮課堂”第一課在中國空間站開講。

            主講:航天員王亞平

            助教:航天員翟志剛、葉光富

            在約60分鐘的授課中,神舟十三號飛行乘組展示了空間站工作生活場景,演示了微重力環境下細胞學實驗、人體運動、液體表面張力等神奇現象,并講解了實驗背后的科學原理。授課期間,航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進行了實時互動交流。

            從神舟十號到神舟十三號,從天宮一號到中國空間站,兩次太空授課彰顯著中國載人航天事業的跨越式發展,也打開了孩子們認識太空的大門。

            “這次時隔8年的太空授課在新的‘教室’——我們自己的空間站,是一個全新的開始,給人很大的想象和實踐空間,十年后也許這些孩子就可以進入空間站講課!”參與本次太空授課內容設計的太空授課科普專家團成員、北京交通大學理學院副教授陳征激動地說,這一堂太空課的意義絕不僅僅在于精彩的實驗和現象,更重要的是激發孩子們的好奇心,促使他們去觀察這些現象,進而去思考、去探索,把科學思維的種子種進心里。

            ●課堂互動 聽課學生與“太空教師”同步進行實驗

            在地球上,泡騰片遇到水之后會產生很多氣泡,那么在太空,泡騰片與水球相遇會發生什么變化?在“天宮課堂”上,太空教師王亞平做了這樣一個實驗。只見泡騰片在水球里不斷冒泡,但在失重環境下,氣泡雖然不斷產生,但并沒有離開水球。而隨著氣泡不斷增多,水球逐漸變成了一個充滿歡樂的氣泡球。在地面觀看課程直播的眾多學生,和在太空中的王亞平同步進行著泡騰片入水實驗?!疤斓亍睂嶒灥牟町?,讓學生更加形象地觀察到物理規律的異同。

            此外,在此次“天宮課堂”中,王亞平在翟志剛、葉光富的輔助下,拿出了一朵和女兒一起完成的折紙花向大家演示了水膜試驗。隨后,這朵花在太空中綻放。

            資料顯示,失重環境會導致人體的血液分布和地面不同,下肢的血液會上涌,進而影響人體的健康,如何減輕失重對身體的影響?“天宮課堂”上,太空教師翟志剛展示了航天員的秘密武器。

            翟志剛在直播里展示稱:“同學們,失重對我們的心血管有影響,對我們的骨骼有影響,對我們的肌肉有影響。為了防護失重導致我們肌肉萎縮,在我們空間站里,除了有跑臺、自行車、拉力器以外,還有一件秘密武器?!?/p>

            他指向充當“模特”的葉光富解釋稱:“葉老師穿的這身衣服從外表上看沒有什么區別,但胸部拉帶的兩個調節環,可用來調節胸部彈力拉帶的松緊。通過這些拉帶把人體給束縛緊,使肌肉可以長時間保持一定的張力,就可以有效預防失重帶給我們的肌肉萎縮,這套衣服的名字就叫企鵝服?!?/p>

            第三位太空教師葉光富在“天宮課堂”里展示了太空中細胞的神奇變化。葉光富在講授中展示了心肌細胞在熒光顯微鏡下觀察到的畫面?!巴瑢W們有沒有看到有一閃一閃的熒光,知道這是為什么嗎?其實這是細胞自身生物電的一種反應,因為這些細胞是活的,我們是利用生物電激發熒光這么一個特殊的手段才能看到這樣一種畫面?!?/p>

            值得注意的是,在2013年6月20日的首次太空授課中,當時的攝像機數量非常有限。艙外、艙內分別有兩個攝像機,再加上一個是移動的,一共只有五臺攝像機。而此次太空授課,空間站組合體的攝像機數量已經達到了二十多路。無論是從艙外還是艙內,各個角度都會被攝像機覆蓋。此外,除數量變多,其傳輸質量也變高了不少。而且此次授課中,每一個航天員都有自己承擔的講課部分。因此,沒有人充當固定的攝像師,三位航天員都要互為攝像師。

            為了準備好這次授課,太空中的三位授課老師不僅要仔細備課,地面也要做到萬無一失。據了解,在太空授課的這段時間,所有的監測任務會回到地面,由地面工作人員來替空間站的航天員們進行監測。

            ●太空授課內容選擇有講究 教具重量體積“精打細算”

            “天宮課堂”第一課順利開講,這是中國空間站首次太空授課直播,太空授課中航天員與地面工作人員分別需要做哪些準備?國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光對此進行了解讀。

            楊宇光表示,太空授課需要精細準備。從工程技術方面來講,最大挑戰是通暢的通信鏈路,要保障視頻清晰不卡頓,需要“天鏈”中繼衛星、空間站、地面測控站密切配合。

            另外,太空授課用的輔助教具需要通過天舟貨運飛船或隨神舟飛船乘組送上空間站。盡管天舟飛船能搭載6噸多的物資,但大多數是航天員生活所需消耗品、科研用品等,留給教具的空間不多,這就需要精打細算。教具重量、體積都有限制,需經特殊設計和考慮。教具在運送過程中,還會經歷超重和劇烈振動的惡劣環境,因此要事先對教具進行振動實驗等考核。

            楊宇光稱,在課程遴選方面,天地之間有差別的現象更適合作為授課內容,比如微重力條件下的物理、化學現象等。他表示,航天員在空間站進行的研究包括科學研究和工程研究兩大類。前者是對自然現象進行研究,如微重力條件下的流體流動、物體燃燒等物理化學現象,后者包括工程實踐,如水凈化系統、尿處理系統等。

            楊宇光表示,未來航天科普教育活動可以從廣度和深度兩個方向發展。一是教學內容范圍更廣泛,不僅限于微重力條件下的物理化學現象,也可以介紹太空科學研究和工程研究;二是可以開展更多有深度、有影響力的活動,中國已經有學生制作的立方星,隨著航天發射任務搭載進入太空,未來也可以有學生設計的空間科學實驗進入太空,比如美國的航天飛機曾搭載中國學生設計的科學實驗項目飛天,其中一個實驗是研究草履蟲在失重環境下的生長繁殖。

            ●“天宮課堂”有何意義? 實現中國空間站授課“零突破”

            對于太空授課活動,航空航天專家宋忠平評論稱,此次授課意義重大,實現了中國空間站授課零的突破,“這次的課程叫做‘天宮課堂’課,這預示著我們的‘天宮課堂’將成為系列課程,是太空授課常態化的開始?!?/p>

            他還表示,從直播中可以看到,各地的青少年興趣盎然,提問踴躍,這側面說明太空授課非常成功,對于中國面向青少年的太空科普作用巨大。另外,中國的“天宮課堂”面向全球直播,不但會帶動中國的青少年踴躍學習、探索航空航天知識,同時有益于帶動全球青少年對太空的向往?!熬拖裢鮼喥皆谑谡n中提到的,青少年學生朋友是祖國的花朵、中國航天事業的未來,甚至于人類航天事業的未來,正是在青少年身上?!?/p>

            對于太空授課的難點,宋忠平認為是空間站等平臺的搭建。他表示:“實際上,太空通訊、直播等技術性難題,對于已經解決了繞月飛行、火星車落火等難題的中國而言,不是什么難事。而空間站授課的最大瓶頸,其實正是空間站本身的建造建設。對比國際空間站壽命即將到期,中國的空間站未來一段時間里可能會是人類唯一的空間站,這本身就足以證明中國的實力和對全人類做出的貢獻?!?/p>

            據中國載人航天工程辦公室表示,后續,“天宮課堂”將持續開展太空授課活動,積極傳播載人航天知識和文化,持續開展形式多樣、內容豐富的航天科普教育。

            此次太空授課結束時,王亞平為同學們送上了和8年前首次太空授課同樣的祝福:“飛天夢永不失重,科學夢張力無限。同學們,期待下次再見!”(范思慧 整理)


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