“天宮課堂”第三課 放飛太空夢想

◎實習記者 孫 瑜 本報記者 付毅飛

10月12日下午，“天宮課堂”第三課在中國空間站問天實驗艙開講，神舟十四號飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲在軌介紹了問天實驗艙基本情況和植物生長研究項目，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、會調頭的扳手等趣味實驗。

這堂課有哪些亮點？我們一起來複盤一下吧。

把大型科學實驗室搬到太空

相比前兩次天宮課堂，本次天宮課堂“解鎖”了一個全新的太空教室——問天實驗艙。

由航天科技集團五院抓總研製的問天實驗艙是全世界現役最大單體載人航天器。它長17.9米、直徑4.2米，約為6層樓高，是中國空間站三大艙段中的第二艙段，也是中國空間站的首個實驗艙段。

作為我國空間站的首個實驗艙，問天實驗艙擁有強大的空間科學實驗能力，不僅艙內實驗能力比天和核心艙大幅提升，還能夠開展大規模艙外實驗，就像是把一個大型科學實驗室搬到了太空。

“跟我一起向前飛！”通過鏡頭，神舟十四號航天員乘組帶着孩子們參觀了問天實驗艙，對工作生活場景進行了展示，並介紹了問天實驗艙所搭載的實驗櫃等設施設備。

問天實驗艙裏的實驗項目以生命科學和生物技術研究為主，艙內搭載了科學手套箱、生命生態實驗櫃、生物技術實驗櫃和變重力實驗櫃等設施設備。通過這些設備，科學家們能夠在空間生命科學與生物技術、微重力流體物理、空間材料科學等領域研究多種空間環境要素下的基本科學規律、機理，關注生命生長發育和人的健康，探索人類長期太空生存所面臨的一系列科學問題。

同時，在平台功能的定位上，問天實驗艙與天和核心艙互為備份，關鍵平台功能一致，具備空間站組合體統一管理和控制能力。

趣味實驗揭秘太空微重力環境

本次天宮授課帶來的4個小實驗，展現了太空微重力環境的奇妙“超能力”。

首先是“毛細效應實驗”。陳冬將三根粗細不同的量管放入水中，沒過多久，水便上升到達量管頂部。他招呼學生們仔細觀察流體表面張力作用是如何大顯神威的。“沒有重力束縛，流體表面張力作用會更加明顯，驅動液麪快速上升。”

在北京主會場，不少學生告訴科技日報記者，他們對“會調頭的扳手”這個實驗印象深刻。在微重力環境下，T字扳手一會兒頭朝上，一會兒頭朝下，不停翻轉着，十分調皮。陳冬提到，這是蘇聯航天員賈尼別科夫在空間站中偶然發現的，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質量的分佈有關係。

中科院空間應用工程與技術中心應用發展中心主任張偉告訴記者，賈尼別科夫效應也叫網球拍效應，在地面上扔一個網球拍，也能發現這個現象，不過並不如微重力環境中的表現明顯。他建議感興趣的孩子們通過查閲相關資料，進一步瞭解實驗背後的原理。

航天員們還給孩子們演示了水球變“懶”實驗和太空趣味飲水實驗，展示了在微重力環境下，液體與液固混合體在相同衝擊作用下的不同振動表現和使用超長吸管喝水的有趣現象。同時，他們還介紹了生命生態實驗櫃進行的水稻種植和擬南芥種植研究項目，並演示了樣本採集操作。

多項技術保障天宮課堂順利進行

太空授課面向全球進行現場直播，採取天地互動方式進行。雖然太空教師正距地面約400公里，但在天地連線中，這堂課畫面圖像清晰、語音清脆響亮，太空教師也能清楚地看到地面課堂內孩子們的一舉一動，進行即時課堂互動。

由航天科技集團五院抓總研製的空間站系統發揮着重要的保障作用。空間站上的測控與通信分系統高效助力了即時課堂互動。測控與通信分系統配備了圖像話音的採集和通信設備，這些設備能夠採集下航天員授課的畫面和聲音，記錄課堂實況，並通過通信設備傳達到地面。

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”，為太空授課的順利進行提供了穩定可靠的數據傳輸支撐。

同時，載荷網為數據傳輸搭建起一條“高速公路”。問天實驗艙搭載了很多實驗櫃，實驗櫃所採集的數據不僅量大，而且許多都需要即時傳輸。航天科技集團五院研製團隊用光纖在艙內打造了一個帶寬更大、速率更快的局域網，即載荷網。大量的實驗數據通過載荷網彙集到艙上的中繼天線終端，通過中繼衞星傳到地面，便於科研人員開展後續研究。