“天宮課堂”第三講有哪些亮點
本報記者 樊 巍 本報特約記者 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進行授課，也是“天宮課堂”活動首次將主課堂設在中國科學院空間應用工程與技術中心。此外，本次太空授課活動還在山東菏澤、河南鄭州、雲南大理分設3個地面分課堂，共有約400名中小學生代表參加現場授課活動。
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，演示了微重力環境下毛細效應實驗、水球變“懶”實驗、太空趣味飲水、會調頭的扳手等神奇現象，並生動講解了實驗背後的科學原理。此外，航天員還重點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。
在微重力環境下毛細效應實驗中，航天員陳冬、劉洋生動展示了失重環境下液體顯著的毛細現象。劉洋介紹稱，這個實驗看起來雖然簡單，但裏面涉及的原理比較複雜，航空器發動機的燃料儲箱、高空熱管都利用了這種毛細作用。
在水球變“懶”實驗中，劉洋探究了在微重力環境下，液體與液固混合體在相同衝擊作用下的震動表現。在太空趣味飲水實驗中，劉洋展示了在空間微重力環境下，使用一根長達兩米的飲水管，僅依靠吮吸的力量就喝到了兩米以外飲水袋中的飲料。
在“會調頭的扳手”實驗中，陳冬展示了微重力環境下扳手如何旋轉翻轉。陳冬介紹稱，這一現象是蘇聯航天員賈尼別科夫在空間站偶然發現的，所以也叫“賈尼別科夫效應”。研究發現，這個現象與扳手的旋轉方式和它的質量分佈有關係。這個現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藉助MR眼鏡，完成了擬南芥植株的採集工作，並以天地互動的方式，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”活動的同學們，在地面種植的水稻和擬南芥成果進行了比對。
中國航天員科研訓練中心航天員訓練教員石玉生在接受媒體採訪時表示，此次選擇這些實驗主要基於以下幾點考慮：首先是實驗的天地現象差異一定要顯著，其次是科學原理要清晰，最後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一步的創新，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象，進一步激發同學們對於日常現象的思考。同時，我們還首次展示了空間站植物研究項目的科學實驗操作，進一步展現我們國家的空間站作為國家太空實驗室的強大科研能力。”
航天員展示問天實驗艙四個實驗機櫃
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生活和工作的情況。
劉洋介紹稱，問天實驗艙睡眠區的方向和天和核心艙是不同的，天和核心艙的睡眠區是橫向的，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，所以可以根據設計需要來安排我們的睡眠區方向。”據瞭解，問天實驗艙具備獨立支撐乘組在軌生活保障能力，並且有完整的控制系統，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設備。陳冬、劉洋分別展示了問天實驗艙中的科學手套箱和低温存儲櫃、生命生態實驗櫃、生物技術實驗櫃以及變重力科學實驗櫃4台實驗機櫃。
據《環球時報》記者瞭解，問天實驗艙中的科學手套箱可為科學實驗提供一個密閉、潔淨的操作空間，讓科學實驗更加便捷可控。未來手套箱中還要安裝一台靈巧機械臂和一套顯微操作系統，可以裏面自動完成0.5微米級精度的實驗操作，如對細胞進行穿刺操作。科學手套箱的下方是低温存儲裝置，相當於實驗樣本的“太空冰箱”，可以提供包括零下8攝氏度、零下20攝氏度、4攝氏度的温度存儲條件，滿足不同實驗樣本的低温存儲需求。
生命生態實驗櫃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，預期成果將促進人類對生命現象本質的理解，揭示微重力對生物個體生長、發育與衰老的影響，探索空間輻射生物學和生命起源機理，為構建應用型受控生命生態系統提供理論和技術支撐。
生物技術實驗櫃是以細胞、組織和蛋白質等生物樣品為對象進行研究的科研設備，配置了各種先進的細胞培養和原位檢測儀器，相當於在太空中的一個小型生物實驗室。支持在生命起源、創新生物材料、藥物和醫療技術等方面研究，促進組織工程、生物醫藥、環境生物技術發展。
變重力科學實驗櫃能夠為科學實驗提供高精度模擬重力環境，研究不同重力環境下的物理、化學和生命科學現象。變重力實驗櫃裏面有兩個圓盤，叫做轉子。每個轉子上面都可安裝標準的實驗模塊，可單獨使用，也可以組合使用。通過調節圓盤轉速，就可以在空間站為科學實驗提供長期穩定的0.01g-2g高精度模擬的重力環境。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，可以達到50億年誤差僅一秒的超高精度。
“天鏈”支撐天地互動穩定流暢
在此次“太空授課”過程中，天地之間的畫面傳輸清晰流暢，地面課堂的同學們與太空課堂的老師之間的互動交流實現“無縫銜接”，而這都得益於“天鏈”中繼衞星系統的強大功能。
據《環球時報》記者瞭解，在約50分鐘的授課中，北京空間信息傳輸中心調用“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據中繼服務，搭建起天地往返的“信息天路”，實現地面與艙內航天員之間話音、圖像的雙向傳輸，為“太空授課”的順利進行提供了穩定可靠的數據傳輸支撐。
據瞭解，由於當前天和核心艙和問天實驗艙處於“L”構型，在飛行姿態的約束下，本次太空授課期間的測控由兩個艙段接力完成，實現了“太空天路”無縫銜接。測控團隊特別設計了一體化“數據代傳”的飛行程序：授課的前半段由問天實驗艙跟蹤“天鏈”中繼衞星，後半段由天和核心艙跟蹤另一顆“天鏈”中繼衞星，而在中間兩艙同時跟蹤不同中繼衞星的階段，通過數據代傳讓兩艙實現信息併網聯通，完成“無縫接力”，從而實現了連續測控，保障太空授課的順利進行。此次太空授課中採用兩艙接力測控的方式，充分體現了空間站整站設計“1+1=1”的特點，是中國空間站有機融合運行的一個有效例證。
“實現‘太空授課’的一個難點是需要對中國空間站進行長時間持續測控，而受地球曲率影響，依靠傳統的測控站點很難獨立達到這一要求。”中心總工程師單長勝在接受《環球時報》記者採訪時介紹稱，“中繼衞星系統具有覆蓋範圍廣、傳輸速率高的特點，在它的支持下，我們不僅可以達到對空間站組合體持續測控的目的，還可以幫助航天員與地面進行雙向音視頻通話、在艙內使用WIFI等。”
而“天宮課堂’連續開講，彰顯着我國航天技術的日益強大，也見證着我國天基測控事業的不斷進步。“下一步，我們仍要打起十二分的精神，為中國空間站提供持續穩定可靠的天基測控和數據中繼服務，圓滿完成各項任務。”單長勝稱。▲