太空授课

10月12日16时01分，“天宫课堂”第三课再度以天地互动的方式在中国空间站开讲，新晋“太空教师”陈冬、刘洋、蔡旭哲为广大青少年带来一场精彩的太空科普课。这是中国航天员首次在问天实验舱内进行授课，也是“天宫课堂”活动首次将主课堂设在中国科学院空间应用工程与技术中心。此外，本次太空授课活动还在山东菏泽、河南郑州、云南大理分设3个地面分课堂，共有约400名中小学生代表参加现场授课活动。首次展示空间站植物实验操作在约50分钟的授课中，神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲生动介绍展示了空间站问天实验舱工作生活场景，演示了微重力环境下毛细效应实验、水球变“懒”实验、太空趣味饮水、会调头的扳手等神奇现象，并生动讲解了实验背后的科学原理。此外，航天员还重点介绍了在中国空间站开展的水稻和拟南芥种植研究情况，展示了手套箱剪株操作。10月12日，“天宫课堂”第三课在中国空间站开讲，航天员刘洋现场展示水稻吐水现象。（视频截图）在微重力环境下毛细效应实验中，航天员陈冬、刘洋生动展示了失重环境下液体显著的毛细现象。刘洋介绍称，这个实验看起来虽然简单，但里面涉及的原理比较复杂，航空器发动机的燃料储箱、高空热管都利用了这种毛细作用。在水球变“懒”实验中，刘洋探究了在微重力环境下，液体与液固混合体在相同冲击作用下的震动表现。在太空趣味饮水实验中，刘洋展示了在空间微重力环境下，使用一根长达两米的饮水管，仅依靠吮吸的力量就喝到了两米以外饮水袋中的饮料。在“会调头的扳手”实验中，陈冬展示了微重力环境下扳手如何旋转翻转。陈冬介绍称，这一现象是苏联航天员贾尼别科夫在空间站偶然发现的，所以也叫“贾尼别科夫效应”。研究发现，这个现象与扳手的旋转方式和它的质量分布有关系。这个现象在地面不太容易看到，但在太空中却是小菜一碟。此外，在此次太空授课活动中，神舟十四号的太空教师还首次借助MR眼镜，完成了拟南芥植株的采集工作，并以天地互动的方式，将航天员在太空中种植的水稻和拟南芥成果，与此前参加“天地共播一粒种”活动的同学们，在地面种植的水稻和拟南芥成果进行了比对。中国航天员科研训练中心航天员训练教员石玉生在接受媒体采访时表示，此次选择这些实验主要基于以下几点考虑：首先是实验的天地现象差异一定要显著，其次是科学原理要清晰，最后是整个的视觉效果要好，要具有传播性，能够起到真正的科普效果。“我们这次授课，相比前几次授课有了进一步的创新，首先是三名航天员是在全新的问天实验舱段授课，演示天地迥异的实验现象，进一步激发同学们对于日常现象的思考。同时，我们还首次展示了空间站植物研究项目的科学实验操作，进一步展现我们国家的空间站作为国家太空实验室的强大科研能力。”航天员展示问天实验舱四个实验机柜在此次授课活动中，三名航天员也向广大青少年介绍了在问天实验舱内生活和工作的情况。刘洋介绍称，问天实验舱睡眠区的方向和天和核心舱是不同的，天和核心舱的睡眠区是横向的，而问天实验舱则是纵向的，“在地面上我们没法这样睡觉，但在微重力环境下我们在任意方向睡眠的感觉都是一样的，所以可以根据设计需要来安排我们的睡眠区方向。”据了解，问天实验舱具备独立支撑乘组在轨生活保障能力，并且有完整的控制系统，如果天和核心舱遇到紧急情况，问天实验舱可以作为整个空间站的核心接管控制。此外，问天实验舱还为中国空间站增添了许多新的科学设备。陈冬、刘洋分别展示了问天实验舱中的科学手套箱和低温存储柜、生命生态实验柜、生物技术实验柜以及变重力科学实验柜4台实验机柜。据《环球时报》记者了解，问天实验舱中的科学手套箱可为科学实验提供一个密闭、洁净的操作空间，让科学实验更加便捷可控。未来手套箱中还要安装一台灵巧机械臂和一套显微操作系统，可以里面自动完成0.5微米级精度的实验操作，如对细胞进行穿刺操作。科学手套箱的下方是低温存储装置，相当于实验样本的“太空冰箱”，可以提供包括零下8摄氏度、零下20摄氏度、4摄氏度的温度存储条件，满足不同实验样本的低温存储需求。生命生态实验柜以多种类型的生物个体如植物种子、幼苗、植株、兼顾动物个体为实验样品，开展拟南芥、线虫、果蝇、斑马鱼等动植物的空间生长实验，预期成果将促进人类对生命现象本质的理解，揭示微重力对生物个体生长、发育与衰老的影响，探索空间辐射生物学和生命起源机理，为构建应用型受控生命生态系统提供理论和技术支撑。生物技术实验柜是以细胞、组织和蛋白质等生物样品为对象进行研究的科研设备，配置了各种先进的细胞培养和原位检测仪器，相当于在太空中的一个小型生物实验室。支持在生命起源、创新生物材料、药物和医疗技术等方面研究，促进组织工程、生物医药、环境生物技术发展。变重力科学实验柜能够为科学实验提供高精度模拟重力环境，研究不同重力环境下的物理、化学和生命科学现象。变重力实验柜里面有两个圆盘，叫做转子。每个转子上面都可安装标准的实验模块，可单独使用，也可以组合使用。通过调节圆盘转速，就可以在空间站为科学实验提供长期稳定的0.01g-2g高精度模拟的重力环境。而在与地面课堂的青少年展开互动的过程中，航天员蔡旭哲还透露，中国空间站上将要安装的空间冷原子时钟，可以达到50亿年误差仅一秒的超高精度。“天链”支撑天地互动稳定流畅在此次“太空授课”过程中，天地之间的画面传输清晰流畅，地面课堂的同学们与太空课堂的老师之间的互动交流实现“无缝衔接”，而这都得益于“天链”中继卫星系统的强大功能。据《环球时报》记者了解，在约50分钟的授课中，北京空间信息传输中心调用“天链一号”03星和“天链二号”01星，为中国空间站组合体提供天基测控与数据中继服务，搭建起天地往返的“信息天路”，实现地面与舱内航天员之间话音、图像的双向传输，为“太空授课”的顺利进行提供了稳定可靠的数据传输支撑。据了解，由于当前天和核心舱和问天实验舱处于“L”构型，在飞行姿态的约束下，本次太空授课期间的测控由两个舱段接力完成，实现了“太空天路”无缝衔接。测控团队特别设计了一体化“数据代传”的飞行程序：授课的前半段由问天实验舱跟踪“天链”中继卫星，后半段由天和核心舱跟踪另一颗“天链”中继卫星，而在中间两舱同时跟踪不同中继卫星的阶段，通过数据代传让两舱实现信息并网联通，完成“无缝接力”，从而实现了连续测控，保障太空授课的顺利进行。此次太空授课中采用两舱接力测控的方式，充分体现了空间站整站设计“1+1=1”的特点，是中国空间站有机融合运行的一个有效例证。“实现‘太空授课’的一个难点是需要对中国空间站进行长时间持续测控，而受地球曲率影响，依靠传统的测控站点很难独立达到这一要求。”中心总工程师单长胜在接受《环球时报》记者采访时介绍称，“中继卫星系统具有覆盖范围广、传输速率高的特点，在它的支持下，我们不仅可以达到对空间站组合体持续测控的目的，还可以帮助航天员与地面进行双向音视频通话、在舱内使用WIFI等。”而“天宫课堂’连续开讲，彰显着我国航天技术的日益强大，也见证着我国天基测控事业的不断进步。“下一步，我们仍要打起十二分的精神，为中国空间站提供持续稳定可靠的天基测控和数据中继服务，圆满完成各项任务。”单长胜称。