“天宮課堂”將開講，中國空間站首次太空授課有何門道？

最新消息！

中國首個(gè)太空科普教育品牌

“天宮課堂”

就要推出了！

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據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，中國空間站首次太空授課活動(dòng)將于近日面向全球進(jìn)行直播，“天宮課堂”將結(jié)合載人飛行任務(wù)，貫穿中國空間站建造和在軌運(yùn)營系列化推出。授課將由中國航天員擔(dān)任“太空教師”，以青少年為主要對象，采取天地協(xié)同互動(dòng)方式開展。

圖源：中國載人航天

空間站作為國家太空實(shí)驗(yàn)室，也是重要的太空科普教育基地，蘊(yùn)含著得天獨(dú)厚的豐富教育資源，對激發(fā)社會(huì)大眾特別是青少年弘揚(yáng)科學(xué)精神、熱愛航天事業(yè)具有特殊優(yōu)勢。

站在400公里天外“最高”講臺(tái)授課有何講究？

“天宮課堂”第一講有何特別？

人們對未來的太空課堂可以有哪些期待？

國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光接受中新社記者專訪，解讀上述問題。

來源：中新視頻

以下為訪談實(shí)錄摘編：

太空授課教具需經(jīng)特殊設(shè)計(jì)和考慮

問：中國空間站即將進(jìn)行首次太空授課活動(dòng)。對于太空授課，航天員與地面工作人員分別需要做哪些準(zhǔn)備？與地面授課相比，太空授課有何特殊之處，空間站環(huán)境對授課提出哪些要求？

楊宇光：太空授課需要精細(xì)準(zhǔn)備。從工程技術(shù)方面來講，最大挑戰(zhàn)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(wèi)星、空間站、地面測控站密切配合。另外，太空授課用的輔助教具需要通過天舟貨運(yùn)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(shù)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(xì)算。

天和一號(hào)核心艙容積約50立方米，比天宮一號(hào)大多了，但這一空間大部分是被航天員的科研、生活用品和空間站運(yùn)行設(shè)備所占用，因此和地面授課相比，教具重量、體積都有限制，需經(jīng)特殊設(shè)計(jì)和考慮。教具在運(yùn)送過程中，還會(huì)經(jīng)歷超重和劇烈振動(dòng)的惡劣環(huán)境，因此要事先對教具進(jìn)行振動(dòng)實(shí)驗(yàn)等考核。

此外，太空授課必須考慮失重環(huán)境的影響，比如必須保證教具能在失重條件下使用，航天員在失重條件下攝像如何保持穩(wěn)定，都需要練習(xí)。

視頻截圖

問：2013年，航天員王亞平在聶海勝、張曉光協(xié)助下進(jìn)行了首次太空授課，演示了質(zhì)量測試、單擺運(yùn)動(dòng)、陀螺運(yùn)動(dòng)、制作水膜與水球等實(shí)驗(yàn)。太空授課中的實(shí)驗(yàn)選擇有何講究？有哪些類別的課程更適用于太空授課？

楊宇光：除了對教具的約束條件，在課程遴選方面，天地之間有差別的現(xiàn)象更適合作為授課內(nèi)容，比如微重力條件下的物理、化學(xué)現(xiàn)象等。

航天員在空間站進(jìn)行的研究包括科學(xué)研究和工程研究兩大類。前者是對自然現(xiàn)象進(jìn)行研究，如微重力條件下的流體流動(dòng)、物體燃燒等物理化學(xué)現(xiàn)象，后者包括工程實(shí)踐，如水凈化系統(tǒng)、尿處理系統(tǒng)等。事實(shí)上，“神十二”航天員乘組劉伯明之前已經(jīng)簡單介紹了太空飲用水從何而來。我認(rèn)為未來這些都可以作為教學(xué)的重要內(nèi)容，由航天員現(xiàn)場進(jìn)行更細(xì)致深入的演示。

資料圖：11月24日，十三乘組的翟志剛與葉光富作為太空攝影師為王亞平拍攝了高清美圖。圖片來源：中國載人航天工程辦公室

“天宮課堂”可以進(jìn)行更充分天地互動(dòng)

問：此次太空授課將面向全球直播，與8年前的太空授課相比，此次太空授課將有何不同？8年前的太空授課積累了哪些經(jīng)驗(yàn)？安排神舟十三號(hào)航天員乘組開展中國空間站首次太空授課有何意義？

楊宇光：與8年前相比，我認(rèn)為很重要的一點(diǎn)在于中國航天受到的世界關(guān)注有了極大不同。最近有個(gè)“全球拍天宮”的活動(dòng)，世界各地的人們爭相拍攝中國空間站過境影像。我在很久以前就開始拍攝天宮和國際空間站，過去這樣的活動(dòng)在國內(nèi)關(guān)注度并不高，但現(xiàn)在中國空間站和航天員備受世界矚目，這在國外社交媒體上已經(jīng)有所體現(xiàn)。這次面向全球直播，相信將獲得更多世界關(guān)注。

第二個(gè)不同是中國首次太空授課的社會(huì)效益已經(jīng)逐漸凸顯。8年前6000余萬中小學(xué)生收看了直播，如今有些人已經(jīng)畢業(yè)，甚至成為了航天人，亞平老師當(dāng)年的教學(xué)已經(jīng)在開花結(jié)果，此次“天宮課堂”開講，是對過去的延續(xù)。

另外，相比天宮一號(hào)首次太空授課，此次授課時(shí)的展示空間更大，通信保障技術(shù)更加成熟，可以進(jìn)行更充分的天地互動(dòng)。航天員在繁忙的任務(wù)期間進(jìn)行太空授課，體現(xiàn)了國家和載人航天工程辦公室對太空科普教育的重視。

資料圖：2013年6月20日10時(shí)許，我國首次太空授課開始。女航天員王亞平擔(dān)任主講，成為中國首位“太空教師”。圖為北京人大附中學(xué)生認(rèn)真聽講。 中新社記者 廖攀 攝

問：中國載人航天工程辦公室近日收到了2013年“太空班”學(xué)生寫給王亞平老師的信件，紛紛表示8年前的太空授課給他們種下了航天夢的種子。您認(rèn)為，太空授課對中小學(xué)生有何啟蒙作用？

楊宇光：美國上個(gè)世紀(jì)六七十年代，不少孩子都曾受阿波羅登月的激勵(lì)，對工程和自然科學(xué)產(chǎn)生濃厚興趣，這也為美國90年代的經(jīng)濟(jì)飛躍提供了人才基礎(chǔ)。其實(shí)在國內(nèi)也有類似現(xiàn)象，楊利偉首次飛天、王亞平首次太空授課都極大提升了中小學(xué)生對宇宙探索、物理學(xué)、數(shù)學(xué)等方面的興趣，這不僅對中國航天的人才梯隊(duì)建設(shè)非常重要，對推動(dòng)國家在工程、自然科學(xué)等方面的發(fā)展也有不可估量的作用。

建立公眾和航天之間的橋梁格外重要

問：2007年，外國宇航員在國際空間站完成了首次太空授課，能否請您介紹一下國外太空教學(xué)的歷史？目前國內(nèi)外太空授課、太空科普工作情況如何？

楊宇光：首次太空授課經(jīng)歷了曲折的過程。美國曾推出“太空教師計(jì)劃”（Teacher in Space Project），并從幾萬份申請中遴選出兩位教師，分別是麥考利夫和芭芭拉·摩根，一主一備。1986年挑戰(zhàn)者號(hào)失事，麥考利夫遇難，后來該項(xiàng)計(jì)劃取消。芭芭拉·摩根則通過訓(xùn)練遴選，成為NASA的職業(yè)宇航員，并于2007年在國際空間站上進(jìn)行了人類首次正規(guī)的太空授課。

為什么強(qiáng)調(diào)“正規(guī)”？其實(shí)國際上簡單的太空科普活動(dòng)很頻繁，有利用中繼衛(wèi)星實(shí)時(shí)連線的，也有錄播的，形式多樣。比如馬來西亞宇航員舒克爾、韓國首位女宇航員李素妍都曾在太空開展科普活動(dòng)。這樣的活動(dòng)在國外非常普遍，并不僅限于航天大國，這也足見各國對太空教育活動(dòng)的認(rèn)可度和重視度。

再如，過去曾有業(yè)余無線電愛好者利用國際電聯(lián)提供的頻率，自己制作無線電臺(tái)。當(dāng)時(shí)和平號(hào)空間站設(shè)置了專門的電臺(tái)，當(dāng)它經(jīng)過某地上空時(shí)，宇航員就可通過電臺(tái)與當(dāng)?shù)氐臒o線電愛好者直接通話，無需通過中繼衛(wèi)星或地面站。

值得一提的是，雖然國際上這種非正式的太空科普活動(dòng)很頻繁，但像中國這樣的正式的太空授課仍然很少，所以其意義是非常突出的。

直播截圖

問：隨著中國空間站長期在軌運(yùn)行，中國首個(gè)太空科普教育品牌“天宮課堂”將系列化推出，將由中國航天員擔(dān)任“太空教師”，采取天地協(xié)同互動(dòng)方式開展。未來中國系列化開展太空科普教育活動(dòng)有何意義？在航天科普方面，中國空間站還可以發(fā)揮哪些作用？

楊宇光：航天事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展離不開公眾的理解和支持?，F(xiàn)在航天活動(dòng)越發(fā)成熟，尤其是中國航天事業(yè)已從早期的技術(shù)積累和驗(yàn)證，到如今開花結(jié)果，為國民經(jīng)濟(jì)提供回報(bào)和助力。但也有一部分航天活動(dòng)，如載人航天、深空探測和空間科學(xué)等，高投入、高門檻、回報(bào)周期長。

對此，建立公眾和航天之間的橋梁顯得格外重要，有必要讓公眾了解這些特點(diǎn)，理解和支持航天事業(yè)。相比衛(wèi)星等航天器，載人航天更適合進(jìn)行航天科普教育，而中國也將太空科普教育作為空間站的重要職能之一，太空授課應(yīng)當(dāng)說是一件水到渠成的事情。

未來航天科普教育活動(dòng)可以從廣度和深度兩個(gè)方向發(fā)展。一是教學(xué)內(nèi)容范圍更廣泛，不僅限于微重力條件下的物理化學(xué)現(xiàn)象，也可以介紹太空科學(xué)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(dòng)，中國已經(jīng)有學(xué)生制作的立方星，隨著航天發(fā)射任務(wù)搭載進(jìn)入太空，未來也可以有學(xué)生設(shè)計(jì)的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)入太空，比如美國的航天飛機(jī)曾搭載中國學(xué)生設(shè)計(jì)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目飛天，其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)是研究草履蟲在失重環(huán)境下的生長繁殖。

這不是第一次中國航天員在太空授課。

課程回顧

2013年6月20日上午10點(diǎn)，在距離地球300多公里之外的天宮一號(hào)艙內(nèi)，神舟十號(hào)的三名航天員為全國青少年進(jìn)行了我國首次太空授課，由我國首位“太空教師”王亞平主講，聶海勝配合，張曉光擔(dān)任攝像師。

中國的“太空第一課”

在兩位“助教”的協(xié)同下，王老師向地面課堂演示了5個(gè)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，展示了失重環(huán)境下物體運(yùn)動(dòng)特性、液體表面張力特性等物理現(xiàn)象。

物體質(zhì)量測量

質(zhì)量測試演示

天宮一號(hào)的艙壁上有一個(gè)支架形狀的裝置，即質(zhì)量測量儀。聶海勝將自己固定在支架一端，王亞平輕輕拉開支架，再一放手，支架便在彈簧的作用下回復(fù)原位，裝置上的LED屏上就能顯示出聶海勝的體重?cái)?shù)。

王亞平：

質(zhì)量測量儀應(yīng)用的物理學(xué)原理是牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律：F（力）=m（質(zhì)量）×a（加速度）。質(zhì)量測量儀上的彈簧凸輪機(jī)構(gòu)能夠產(chǎn)生一個(gè)恒定的力F，再通過光柵測速裝置測量出支架復(fù)位的速度v和時(shí)間t，計(jì)算出加速度（a=v／t），就能夠計(jì)算出物體的質(zhì)量（m=F／a）了。

單擺運(yùn)動(dòng)

單擺運(yùn)動(dòng)演示

把T型支架上拴著的黃色小鋼球輕輕拉升到一定位置后放手，小球并沒有出現(xiàn)地面上常見的往復(fù)擺動(dòng)，而是停在了半空中，但若用手指沿切線方向輕推，小球就會(huì)繞支架的軸心做圓周運(yùn)動(dòng)。

王亞平：

在太空中，小球處于失重環(huán)境狀態(tài)，不能像地面一樣做往復(fù)擺動(dòng)，所以把小球任意放到一位置，小球都會(huì)靜止不動(dòng)。但當(dāng)稍稍給它一個(gè)初速度時(shí)，小球就會(huì)圍繞著擺軸做圓周運(yùn)動(dòng)了。

陀螺運(yùn)動(dòng)

陀螺運(yùn)動(dòng)演示

把一個(gè)陀螺靜止懸放在空中，用手輕推陀螺頂部，陀螺會(huì)翻滾著飛向遠(yuǎn)處。但當(dāng)把陀螺先旋轉(zhuǎn)起來，再給它一個(gè)干擾力時(shí)，旋轉(zhuǎn)的陀螺不再翻滾，而是保持著固定的軸向向前飛去。

王亞平：

高速旋轉(zhuǎn)陀螺的定軸特性在航天領(lǐng)域用途廣泛。在天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器上，就裝有各式各樣的陀螺定向儀，正是有了它們，才能精準(zhǔn)地測量航天器的飛行姿態(tài)。

水膜實(shí)驗(yàn)

水膜制作演示

把一個(gè)金屬圈輕輕地放入水袋，再慢慢抽出，這時(shí)在金屬圈上形成一個(gè)大大的水膜。這是因?yàn)樵谔帐е貭顟B(tài)下，突顯出了液體的表面張力特性，所以普通水也能夠輕松地形成漂亮的水膜。王亞平還往水膜表面貼上了一片畫有中國結(jié)圖案的塑料片，水膜依然完好。

粘貼了中國結(jié)塑料片的水膜依然完好無損

王亞平：

如果詩仙李白在天宮里生活，大概就寫不出“飛流直下三千尺”的名句了，因?yàn)?，失重環(huán)境下水不可能飛流直下。

水球?qū)嶒?yàn)

水球制作演示

將飲水袋中的水慢慢注入到水膜上，水膜竟變成了一個(gè)亮晶晶的大水球，水球中間還有一串珍珠般的小氣泡。為了驗(yàn)證注入空氣是否能真正形成氣泡，聶海勝用注射器抽出先前形成的小氣泡，王亞平再把氣體重新注入到水球里，空氣在水球內(nèi)部形成一個(gè)大氣泡并靜止不動(dòng)。而在水球另一側(cè)繼續(xù)注入空氣時(shí)，又形成另一個(gè)氣泡，且兩個(gè)氣泡并沒有融合到一起，彼此獨(dú)立存在。接著，王亞平還將紅色液體注入到水球，使晶瑩透亮的水球變成了粉紅色。

美麗的粉紅色的水球

王亞平：

你們看這個(gè)水球像不像一個(gè)透鏡？透過它，你們還可以看到我的倒影呢！

此外，通過視頻通話形式，三位航天員還與地面師生進(jìn)行了“天地問答”，聶海勝還表演了“懸空打坐”來展現(xiàn)失重環(huán)境的奇妙。

聶海勝表演“懸空打坐”

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大家希望在這次的課堂上

看到哪些內(nèi)容呢？

綜合來源：中國新聞社、中國載人航天、央視新聞、中國載人航天官方網(wǎng)站