【今日消息-中國航天員首次在問天實驗艙內(nèi)授課，“天宮課堂”第三講有哪些亮點(diǎn)】
【環(huán)球時報記者 樊巍 環(huán)球時報特約記者 王然】10月12日16時01分，“天宮課堂”第三課再度以天地互動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驗艙內(nèi)進(jìn)行授課，也是“天宮課堂”活動首次將主課堂設(shè)在中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心。此外，本次太空授課活動還在山東菏澤、河南鄭州、云南大理分設(shè)3個地面分課堂，共有約400名中小學(xué)生代表參加現(xiàn)場授課活動。
首次展示空間站植物實驗操作
在約50分鐘的授課中，神舟十四號飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲生動介紹展示了空間站問天實驗艙工作生活場景，演示了微重力環(huán)境下毛細(xì)效應(yīng)實驗、水球變“懶”實驗、太空趣味飲水、會調(diào)頭的扳手等神奇現(xiàn)象，并生動講解了實驗背后的科學(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，展示了手套箱剪株操作。
在微重力環(huán)境下毛細(xì)效應(yīng)實驗中，航天員陳冬、劉洋生動展示了失重環(huán)境下液體顯著的毛細(xì)現(xiàn)象。劉洋介紹稱，這個實驗看起來雖然簡單，但里面涉及的原理比較復(fù)雜，航空器發(fā)動機(jī)的燃料儲箱、高空熱管都利用了這種毛細(xì)作用。
在水球變“懶”實驗中，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表現(xiàn)。在太空趣味飲水實驗中，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“會調(diào)頭的扳手”實驗中，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中，神舟十四號的太空教師還首次借助MR眼鏡，完成了擬南芥植株的采集工作，并以天地互動的方式，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。
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表示，此次選擇這些實驗主要基于以下幾點(diǎn)考慮：首先是實驗的天地現(xiàn)象差異一定要顯著，其次是科學(xué)原理要清晰，最后是整個的視覺效果要好，要具有傳播性，能夠起到真正的科普效果。“我們這次授課，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驗艙段授課，演示天地迥異的實驗現(xiàn)象，進(jìn)一步激發(fā)同學(xué)們對于日?，F(xiàn)象的思考。同時，我們還首次展示了空間站植物研究項目的科學(xué)實驗操作，進(jìn)一步展現(xiàn)我們國家的空間站作為國家太空實驗室的強(qiáng)大科研能力。”
航天員展示問天實驗艙四個實驗機(jī)柜
在此次授課活動中，三名航天員也向廣大青少年介紹了在問天實驗艙內(nèi)生活和工作的情況。
劉洋介紹稱，問天實驗艙睡眠區(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，而問天實驗艙則是縱向的，“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)計需要來安排我們的睡眠區(qū)方向?！睋?jù)了解，問天實驗艙具備獨(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，問天實驗艙可以作為整個空間站的核心接管控制。
此外，問天實驗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驗艙中的科學(xué)手套箱和低溫存儲柜、生命生態(tài)實驗柜、生物技術(shù)實驗柜以及變重力科學(xué)實驗柜4臺實驗機(jī)柜。
據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，問天實驗艙中的科學(xué)手套箱可為科學(xué)實驗提供一個密閉、潔凈的操作空間，讓科學(xué)實驗更加便捷可控。未來手套箱中還要安裝一臺靈巧機(jī)械臂和一套顯微操作系統(tǒng)，可以里面自動完成0.5微米級精度的實驗操作，如對細(xì)胞進(jìn)行穿刺操作。科學(xué)手套箱的下方是低溫存儲裝置，相當(dāng)于實驗樣本的“太空冰箱”，可以提供包括零下8攝氏度、零下20攝氏度、4攝氏度的溫度存儲條件，滿足不同實驗樣本的低溫存儲需求。
生命生態(tài)實驗柜以多種類型的生物個體如植物種子、幼苗、植株、兼顧動物個體為實驗樣品，開展擬南芥、線蟲、果蠅、斑馬魚等動植物的空間生長實驗，預(yù)期成果將促進(jìn)人類對生命現(xiàn)象本質(zhì)的理解，揭示微重力對生物個體生長、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)實驗柜是以細(xì)胞、組織和蛋白質(zhì)等生物樣品為對象進(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)于在太空中的一個小型生物實驗室。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)實驗柜能夠為科學(xué)實驗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。變重力實驗柜里面有兩個圓盤，叫做轉(zhuǎn)子。每個轉(zhuǎn)子上面都可安裝標(biāo)準(zhǔn)的實驗?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)實驗提供長期穩(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)鬏斍逦鲿?，地面課堂的同學(xué)們與太空課堂的老師之間的互動交流實現(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)球時報》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”03星和“天鏈二號”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驗艙處于“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艙段接力完成，實現(xiàn)了“太空天路”無縫銜接。測控團(tuán)隊特別設(shè)計了一體化“數(shù)據(jù)代傳”的飛行程序：授課的前半段由問天實驗艙跟蹤“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，而在中間兩艙同時跟蹤不同中繼衛(wèi)星的階段，通過數(shù)據(jù)代傳讓兩艙實現(xiàn)信息并網(wǎng)聯(lián)通，完成“無縫接力”，從而實現(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“1+1=1”的特點(diǎn)，是中國空間站有機(jī)融合運(yùn)行的一個有效例證。
“實現(xiàn)‘太空授課’的一個難點(diǎn)是需要對中國空間站進(jìn)行長時間持續(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。”中心總工程師單長勝在接受《環(huán)球時報》記者采訪時介紹稱，“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。“下一步，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)，圓滿完成各項任務(wù)?！眴伍L勝稱。
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