中國空間站第二次太空授課活動(dòng)取得圓滿成功
2022年3月23日15時(shí)44分，“天宮課堂”第二課在中國空間站開講，“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富上了又一堂精彩的太空科普課。
在約45分鐘的授課中，翟志剛、王亞平、葉光富相互配合，生動(dòng)演示微重力環(huán)境下太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)、液橋演示實(shí)驗(yàn)、水油分離實(shí)驗(yàn)、太空拋物實(shí)驗(yàn)，深入淺出講解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，同時(shí)展示了部分空間科學(xué)設(shè)施，介紹了在空間站的工作生活情況。授課期間，航天員通過視頻通話形式與地面課堂師生進(jìn)行了互動(dòng)交流。
此次太空授課由中央廣播電視總臺(tái)進(jìn)行了全程現(xiàn)場(chǎng)直播，在中國科技館設(shè)地面主課堂，在西藏拉薩、新疆烏魯木齊設(shè)2個(gè)地面分課堂。
授課活動(dòng)由中國載人航天工程辦公室聯(lián)合教育部、科技部、中國科協(xié)、中央廣播電視總臺(tái)共同主辦，中國科技館及載人航天工程相關(guān)參研參試單位提供支持。
空間站建設(shè)和運(yùn)營過程中，“天宮課堂”將持續(xù)開展太空授課活動(dòng)，進(jìn)行形式多樣、內(nèi)容豐富的航天科普教育。載人航天工程網(wǎng)等平臺(tái)將繼續(xù)征集關(guān)于“天宮課堂”的創(chuàng)意建議，歡迎社會(huì)各界特別是廣大青少年踴躍參與。
這次太空實(shí)驗(yàn)，冰墩墩作出了貢獻(xiàn)
3月23日下午，“天宮課堂”第二課在中國空間站開講，神舟十三號(hào)飛行乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富相互配合進(jìn)行授課。
這是中國空間站第二次太空授課。本次太空授課活動(dòng)采取天地對(duì)話方式進(jìn)行，地面主課堂設(shè)置在北京中國科技館，分課堂分別設(shè)置在西藏自治區(qū)拉薩市和新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市。
“沒有看夠，再多來點(diǎn)兒吧！”“國家真是強(qiáng)大了，現(xiàn)在我坐在家里都能聽航天員講課，太高大上了”……“天宮課堂”第二課的直播結(jié)束后，網(wǎng)友們紛紛感慨留言。伴隨著我國在航天領(lǐng)域取得越來越多的突破，越來越多的中國人被點(diǎn)燃對(duì)太空的無限熱情。
太空“冰雪”、液橋演示……航天員帶領(lǐng)同學(xué)們探索奇妙太空實(shí)驗(yàn)背后的科學(xué)原理
本次太空授課活動(dòng)繼續(xù)采取天地對(duì)話方式進(jìn)行，由航天員在軌演示多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)、液橋演示實(shí)驗(yàn)、水油分離實(shí)驗(yàn)、太空拋物實(shí)驗(yàn)，介紹核心艙高微重力、無容器實(shí)驗(yàn)機(jī)柜，并與地面課堂師生進(jìn)行天地互動(dòng)。
“我聽說同學(xué)們對(duì)液體在失重環(huán)境下的狀態(tài)特別感興趣，今天我將給大家演示一個(gè)神奇的現(xiàn)象。”課程開始不久，王亞平便取出一袋過飽和乙酸鈉溶液，輕輕擠壓，一顆晶瑩的液體球隨即懸停在空間站艙內(nèi)。接下來，神奇的一幕出現(xiàn)了——王亞平用沾有三水合乙酸鈉晶體粉末的小棒觸碰液體球后，液體球迅速結(jié)晶，看上去變成了一顆“冰球”。在地面主課堂觀看直播的學(xué)生們發(fā)出了一陣驚嘆聲。
為什么會(huì)出現(xiàn)“點(diǎn)水成冰”的現(xiàn)象？王亞平解釋，這是因?yàn)橐宜徕c溶液在溫度較高水中的溶解度非常大，很容易形成過飽和溶液，暫時(shí)處于亞穩(wěn)態(tài)。這種溶液里只要有一丁點(diǎn)的結(jié)晶和顆粒，就能打破它的穩(wěn)定狀，迅速結(jié)晶的同時(shí)釋放出大量熱量。
雖然看起來是一個(gè)冰球，但“現(xiàn)在我摸著它竟然還有發(fā)熱的感覺，原來是一個(gè)熱球！”因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也被稱為“熱冰”實(shí)驗(yàn)。
3月23日，“天宮課堂”第二課開講，神舟十三號(hào)飛行乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站進(jìn)行太空授課。這是地面主課堂中國科技館內(nèi)的學(xué)生在聽講。新華社記者郭中正攝
這個(gè)實(shí)驗(yàn)在地球上也能成立。那么，為什么要把它帶到太空？中科院物理研究所研究員魏紅祥表示，在空間站的微重力環(huán)境中開展這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)晶狀況跟地面上開展實(shí)驗(yàn)的差別很大。如果在地面使用容器開展實(shí)驗(yàn)，受容器限制，只能往內(nèi)結(jié)晶。而空間站中并未使用容器，最終結(jié)晶為圓球狀，還可以往外發(fā)展，從而觀察到不受地球重力影響的材料物性變化。
在接下來的液橋演示實(shí)驗(yàn)中，王亞平則演示了失重環(huán)境下水的表面張力作用。王亞平手持兩片塑料板，葉光富向塑料板表面分別擠上水，兩片塑料板逐漸接近，水便在板間連起了一座“橋”。王亞平將塑料板的距離拉遠(yuǎn)，“橋”也沒有斷開。
王亞平在演示液橋?qū)嶒?yàn)。（新華社記者溫競(jìng)?cè)A攝）
其實(shí)在地面環(huán)境下，液橋也并不罕見。由于氣液界面之間存在表面張力，使得液體表面好比有一層很薄的彈性薄膜。正是這樣一層“虛擬”的薄膜，使得液橋的表面形貌得以維持，而不會(huì)“垮塌”。但正常的重力環(huán)境下，液橋的尺寸通常只有幾毫米；而在太空環(huán)境下，重力幾近消失，表面張力便能維持建立起很大尺寸的液橋。
天地互動(dòng)積極踴躍，學(xué)生探知航天奧秘、學(xué)習(xí)航天知識(shí)的熱情持續(xù)高漲
在本次“天宮課堂”中，還有人氣“頂流”前來助陣——北京冬奧會(huì)吉祥物冰墩墩。
王亞平將冰墩墩拋出后，它并沒有像在地面上一樣掉落，而是仍沿原有方向勻速前進(jìn)。這是空間站微重力環(huán)境最直觀的體現(xiàn)。
“簡(jiǎn)單的平拋運(yùn)動(dòng)，在著名科學(xué)家牛頓的腦海里被放大到宇宙尺度。既然在地面上拋出物體的速度越快，它就能落到更遠(yuǎn)的地方，那如果拋出物體的速度足夠大，它是否能成為環(huán)繞地球的衛(wèi)星？”“天宮課堂”地面主課堂授課老師張健解釋道，這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)也被稱為“牛頓的高山大炮實(shí)驗(yàn)”，由它引出的第一宇宙速度等概念，成了發(fā)射人造衛(wèi)星、空間站的重要依據(jù)。
“天宮課堂”互動(dòng)性強(qiáng)，做的小實(shí)驗(yàn)也非常生動(dòng)、神奇。雖然相隔屏幕，同學(xué)們卻仿佛身處空間站一般，踴躍與航天員們互動(dòng)。“空間站里的時(shí)序是如何設(shè)置的？”“太空里看到的月亮和地球上有什么不同？”“空間站里能把水燒開嗎？”在天地互動(dòng)的環(huán)節(jié)中，地面上的同學(xué)“腦洞大開”，問了許多有趣的問題，并一一得到解答。
收看直播的不僅有課堂里的學(xué)生，還有許多網(wǎng)友，他們提出了許多接地氣的問題。有網(wǎng)友發(fā)問：“沒有重力，皮膚會(huì)不會(huì)變好？”
“提問的人大概是一位愛美的女孩子。”王亞平笑著回答，“空間站沒有太陽光照射，溫度和濕度也都控制在適宜范圍內(nèi)，另外在微重力環(huán)境下，體液會(huì)向上分布，皮膚也會(huì)隨之向上提升，所以我感覺在空間站里皮膚狀態(tài)很不錯(cuò)。”
中繼衛(wèi)星、空間站、地面測(cè)控完美配合，讓太空“網(wǎng)課”不卡頓
太空授課活動(dòng)采取天地對(duì)話方式進(jìn)行，信號(hào)暢通是課程順利進(jìn)行的關(guān)鍵。為了保證“上網(wǎng)課”視頻高清晰、零延時(shí)、不卡頓，“天鏈”中繼衛(wèi)星、空間站、地面各個(gè)測(cè)控站密切配合，為天地互動(dòng)提供技術(shù)護(hù)航。
“航天員給地面的信息依次通過空間站中繼天線、天鏈中繼衛(wèi)星、星地下行鏈路等傳輸?shù)降孛嬲尽！碧戽湺?hào)01星副總設(shè)計(jì)師李向陽將中繼衛(wèi)星形象地比喻為太空數(shù)據(jù)的“中轉(zhuǎn)站”。天鏈中繼衛(wèi)星可以為中、低軌道航天器提供天基測(cè)控、數(shù)據(jù)中繼服務(wù)。這相當(dāng)于把地面測(cè)控站提升到幾萬公里的軌道高度，依照各類航天器、飛行器不同的數(shù)據(jù)，應(yīng)用部門把它們產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，這樣既提高了數(shù)據(jù)回傳時(shí)效性，又增強(qiáng)了應(yīng)急協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)能力。
據(jù)介紹，天鏈一號(hào)03星和天鏈二號(hào)01星接力保障太空授課，艙內(nèi)的多臺(tái)高清攝像機(jī)拍下的高清視頻，通過中繼高速鏈路實(shí)時(shí)傳送至地面，地面上行兩路高清圖像傳送至艙內(nèi)的顯示器，從而實(shí)現(xiàn)高速雙向音視頻傳輸。
2003年，中國航天員楊利偉第一次進(jìn)入太空。其間，他數(shù)次與地面控制站進(jìn)行天地通話，但每次都有著嚴(yán)格的時(shí)間窗口限制。那時(shí)，中國境內(nèi)的觀測(cè)站有效保持通信時(shí)間是相當(dāng)有限的。后來，“天鏈”系列中繼衛(wèi)星誕生，很好地解決了這個(gè)問題。如今，我國中繼衛(wèi)星系統(tǒng)換代升級(jí)，太空授課等需要長弧段、強(qiáng)信號(hào)支持的重要活動(dòng)也因此開展得更加從容。
“天宮課堂”展示的是夢(mèng)想，彰顯的是國家實(shí)力
隨著“天宮課堂”第一課、第二課的大獲成功，是否可以期待以后常態(tài)化的太空授課？“以后的空間站上會(huì)持續(xù)有航天員在上面工作、生活、開展實(shí)驗(yàn)，天宮空間站的條件，以及天地通信的保障條件都很好，所以航天員在空間站上飛行的過程中，與地面進(jìn)行互動(dòng)交流、開展一些科普活動(dòng)，這以后是會(huì)常態(tài)化的。”中國載人航天工程辦公室表示。一堂“太空課”牽動(dòng)國人心，它的意義遠(yuǎn)不只課堂上展示的內(nèi)容。令孩子們長久回味的，不僅是那些奇特的太空失重現(xiàn)象，還有對(duì)遙遠(yuǎn)宇宙的無限遐想。通過天地對(duì)話，能夠激發(fā)青少年的科學(xué)探索精神，進(jìn)而點(diǎn)亮他們的科學(xué)夢(mèng)想。
“天宮課堂”展示的是夢(mèng)想，彰顯的是國家實(shí)力。一堂科學(xué)課，無疑也是一堂愛國主義和理想信念教育課。當(dāng)前，我國是除美國外唯一一個(gè)進(jìn)行過太空授課的國家。從“嫦娥”探月、“長五”飛天、“天問一號(hào)”成功著陸，到“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰，中國的科技發(fā)展離不開一代又一代科技工作者開拓創(chuàng)新、永攀高峰的拼搏與進(jìn)取。而蘊(yùn)含著得天獨(dú)厚豐富教育資源的中國空間站，正為無數(shù)中國青少年打開思想的天窗。
