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中國空間站:“天宮課堂”太空授課麵向全球直播!

發布時間:2021/12/10 13:46:55       來源:

太空授課麵向全球直播,專家表示這是中國空間站授課常態化的開始

      昨日(12月9日)15時40分,“天宮課堂”第一課正式開講,時隔8年之後,中國航天員再次進行太空授課。“太空教師”翟誌剛、王亞平、葉光富在中國空間站為廣大青少年帶來了一場精彩的太空科普課,這是中國空間站首次太空授課活動。

  在約60分鍾的授課中,神舟十三號飛行乘組航天員翟誌剛、王亞平、葉光富生動介紹展示了空間站工作生活場景,演示了微重力環境下細胞學實驗、人體運動、液體表麵張力等神奇現象,並講解了實驗背後的科學原理。授課期間,航天員通過視頻通話形式與地麵課堂師生進行了實時互動交流。


一、“太空教師”講了啥?

微重力環境下演示細胞學實驗等

  據中國載人航天工程辦公室消息,北京時間2021年12月9日15時40分,天宮課堂第一課正式開講。太空教師翟誌剛、王亞平、葉光富在中國空間站為廣大青少年帶來了一場精彩的太空科普課,這是中國空間站首次太空授課活動。


  在約60分鍾的授課中,神舟十三號飛行乘組航天員翟誌剛、王亞平、葉光富生動介紹展示了空間站工作生活場景,演示了微重力環境下細胞學實驗、人體運動、液體表麵張力等神奇現象,並講解了實驗背後的科學原理。授課期間,航天員通過視頻通話形式與地麵課堂師生進行了實時互動交流。

  此次太空授課活動進行了全程現場直播,在中國科技館設地麵主課堂,在廣西南寧、四川汶川、香港、澳門分設4個地麵分課堂,共1420名中小學生代表參加現場活動。


  授課活動由中國載人航天工程辦公室聯合教育部、科技部、中國科協、中央廣播電視總台共同主辦,中國科技館及載人航天工程相關參研參試單位提供支持。後續,“天宮課堂”將持續開展太空授課活動,積極傳播載人航天知識和文化,持續開展形式多樣、內容豐富的航天科普教育。



二、直播畫麵如何傳回?


高速數傳終端在太空授課中“擔重任”

  據悉,中國空間站首次太空授課活動麵向全球進行直播。直播對於網友而言並不陌生,但由中國航天員擔任“太空教師”的太空直播間是如何將內容從空間站傳回地球的呢?

  公開資料顯示,該技術離不開中國電子科技集團公司第十研究所智慧的力量——中繼衛星天鏈一號03星高速數傳終端。天鏈係列衛星主要用於為飛船、空間技術實驗室、空間站等載人航天器提供數據中繼和測控服務,為中低軌道遙感、測繪、氣象等衛星提供數據中繼和測控服務,為航天器發射提供測控支持。

  高速數傳終端在本次太空授課中,承擔著將空間站通過天鏈一號03星轉發的下行的寬帶視頻信號進行解調譯碼,並實時分發給中心服務器進行數據處理的重要作用,共有4台高速數傳終端參與此次任務,在整個任務期間,高速數傳終端工作穩定,可靠地保障了此次太空授課任務的順利實施。

  據了解,從2016年通過天鏈一號高速數傳與神舟十一號航天員通話,到此次通過天鏈二號高速數傳與神舟十二號航天員通話,再到如今“天宮課堂”全球直播,都有中國電子科技集團公司第十研究所的身影。


三、“天宮課堂”有何意義?

實現中國空間站授課“零突破”

  其實,這不是第一次中國航天員在太空授課。2013年6月20日航天員王亞平在聶海勝、張曉光協助下進行首次太空講授陀螺運動演示。在兩位師兄的幫助下,王亞平在失重狀態下完成了5個基礎物理實驗:質量測量、單擺運動、陀螺運動、水膜和水球。航天員演示的奇妙物理現象在無數孩子的心底播下了一顆有關星辰大海的種子。

  對於太空授課活動,航空航天專家宋忠平評論稱,此次授課意義重大,實現了中國空間站授課零的突破,“這次的課程叫做‘天宮課堂’課,這預示著我們的‘天宮課堂’將成為係列課程,是太空授課常態化的開始。”


  他還表示,從直播中可以看到,各地的青少年興趣盎然,提問踴躍,這側麵說明太空授課非常成功,對於中國麵向青少年的太空科普作用巨大。另外,中國的“天宮課堂”麵向全球直播,不但會帶動中國的青少年踴躍學習、探索航空航天知識,同時有益於帶動全球青少年對太空的向往。“就像王亞平在授課中提到的,青少年學生朋友是祖國的花朵、中國航天事業的未來,甚至於人類航天事業的未來,正是在青少年身上。”

  對於太空授課的難點,宋忠平認為是空間站等平台的搭建。他表示:“實際上,太空通訊、直播等技術性難題,對於已經解決了繞月飛行、火星車落火等難題的中國而言,不是什麽難事。而空間站授課的最大瓶頸,其實正是空間站本身的建造建設。對比國際空間站壽命即將到期,中國的空間站未來一段時間裏可能會是人類唯一的空間站,這本身就足以證明中國的實力和對全人類做出的貢獻。”


四、課堂互動

泡騰片與水球相遇會發生什麽變化?

聽課學生與“太空教師”同步進行實驗

  在地球上,泡騰片遇到水之後會產生很多氣泡,那麽在太空,泡騰片與水球相遇會發生什麽變化?在“天宮課堂”上,太空教師王亞平做了這樣一個實驗。隻見泡騰片在水球裏不斷冒泡,但在失重環境下,氣泡雖然不斷產生,但並沒有離開水球。而隨著氣泡不斷增多,水球逐漸變成了一個充滿歡樂的氣泡球。


  北京青年報記者注意到,在國內觀看課程直播的眾多學生,和在太空中的王亞平同步進行著泡騰片入水實驗。“天地”實驗的差異,讓學生更加形象地觀察到物理規律的異同。

  此外,在昨天進行的“天宮課堂”中,王亞平在翟誌剛、葉光富的輔助下,拿出了一朵和女兒一起完成的折紙花向大家演示了水膜試驗。隨後,這朵花在太空中綻放。


  資料顯示,失重環境會導致人體的血液分布和地麵不同,下肢的血液會上湧,進而影響人體的健康,如何減輕失重對身體的影響?“天宮課堂”上,太空教師翟誌剛展示了航天員的秘密武器。

  翟誌剛在直播裏展示稱:“同學們,失重對我們的心血管有影響,對我們的骨骼有影響,對我們的肌肉有影響。為了防護失重導致我們肌肉萎縮,在我們空間站裏,除了有跑台、自行車、拉力器以外,還有一件秘密武器。”

  他指向充當“模特”的葉光富解釋稱:“葉老師穿的這身衣服從外表上看沒有什麽區別,但胸部拉帶的兩個調節環,可用來調節胸部彈力拉帶的鬆緊。通過這些拉帶把人體給束縛緊,使肌肉可以長時間保持一定的張力,就可以有效預防失重帶給我們的肌肉萎縮,這套衣服的名字就叫企鵝服。”

  第三位太空教師葉光富在“天宮課堂”裏展示了太空中細胞的神奇變化。葉光富在講授中展示了心肌細胞在熒光顯微鏡下觀察到的畫麵。“同學們有沒有看到有一閃一閃的熒光,知道這是為什麽嗎?其實這是細胞自身生物電的一種反應,因為這些細胞是活的,我們是利用生物電激發熒光這麽一個特殊的手段才能看到這樣一種畫麵。”


五、專家訪談

太空授課內容選擇有講究

教具重量體積“精打細算”

  “天宮課堂”第一課順利開講,這是中國空間站首次太空授課直播,那麽這一課有何特別之處?國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光日前接受媒體采訪時對此進行了解讀。

  太空授課中航天員與地麵工作人員分別需要做哪些準備?楊宇光表示,太空授課需要精細準備。從工程技術方麵來講,最大挑戰是通暢的通信鏈路,要保障視頻清晰不卡頓,需要“天鏈”中繼衛星、空間站、地麵測控站密切配合。

  另外,太空授課用的輔助教具需要通過天舟貨運飛船或隨神舟飛船乘組送上空間站。盡管天舟飛船能搭載6噸多的物資,但大多數是航天員生活所需消耗品、科研用品等,留給教具的空間不多,這就需要精打細算。教具重量、體積都有限製,需經特殊設計和考慮。教具在運送過程中,還會經曆超重和劇烈振動的惡劣環境,因此要事先對教具進行振動實驗等考核。


  楊宇光稱,在課程遴選方麵,天地之間有差別的現象更適合作為授課內容,比如微重力條件下的物理、化學現象等。他表示,航天員在空間站進行的研究包括科學研究和工程研究兩大類。前者是對自然現象進行研究,如微重力條件下的流體流動、物體燃燒等物理化學現象,後者包括工程實踐,如水淨化係統、尿處理係統等。

  楊宇光表示,未來航天科普教育活動可以從廣度和深度兩個方向發展。一是教學內容範圍更廣泛,不僅限於微重力條件下的物理化學現象,也可以介紹太空科學研究和工程研究;二是可以開展更多有深度、有影響力的活動,中國已經有學生製作的立方星,隨著航天發射任務搭載進入太空,未來也可以有學生設計的空間科學實驗進入太空,比如美國的航天飛機曾搭載中國學生設計的科學實驗項目飛天,其中一個實驗是研究草履蟲在失重環境下的生長繁殖。


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