“太空探索永無止境，同學(xué)們好！”
隨著熟悉的開場白傳來，天宮課堂第三課10月12日在中國空間站開講。神舟十四號飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲依次“飛”到鏡頭前，面向廣大青少年進(jìn)行太空授課，來自全國的中小學(xué)生共同觀看了這堂太空科普課。
相比前兩次天宮課堂，此次“解鎖”了一個全新且更加寬敞的“太空教室”——問天實驗艙。此次太空授課的第一個環(huán)節(jié)，就是向同學(xué)們介紹全新的“教室”。
(資料圖)
問天實驗艙于7月24日發(fā)射升空，是中國空間站“天宮”的組成部分。該實驗艙由中國航天科技集團(tuán)五院抓總研制，由工作艙、氣閘艙及資源艙三部分組成，艙體總長17.9米，直徑4.2米，約為6層樓高，是全世界現(xiàn)役最大單體載人航天器，也是中國空間站首個實驗艙段。
跟隨蔡旭哲的鏡頭，首先映入眼簾的是問天實驗艙的“站立”睡眠區(qū)，艙壁上貼著蔡旭哲與家人的合影。
“問天實驗艙睡眠區(qū)的方向和核心艙是不同的，核心艙是橫向的，而問天實驗艙則是縱向的，在地面我們可沒辦法這樣睡覺；但在微重力環(huán)境下，航天員在任意方向睡眠的感覺都一樣，因此可根據(jù)設(shè)計需要來安排睡眠區(qū)方向。”劉洋說。
通過鏡頭，航天員對工作生活場景進(jìn)行了展示，并介紹了問天實驗艙所搭載的實驗柜等設(shè)施設(shè)備。其中，生命生態(tài)科學(xué)實驗柜引發(fā)孩子們的關(guān)注。
這個實驗柜就像動植物的“太空旅館”，由一個個像小房間一樣的模塊組成，每個房間對應(yīng)不同的研究對象，用于探究太空中的微重力和輻射對生物個體生長、發(fā)育與衰老的影響。
劉洋以其中的水稻為例，經(jīng)過70多天的生長，水稻已經(jīng)從飽滿的種子變成了水稻植株。不過，它們的樣子看起來“東倒西歪”。這主要是因為失去了重力的刺激，水稻的生長方向也變得雜亂無章了。
“我們在空間站種植的水稻、小麥都展示了勃勃生機(jī)，期待在空間站收獲自己種植的稻米。或許未來在月球、火星，也能實現(xiàn)袁隆平院士的‘禾下乘涼夢’。”陳冬說。
“太空旅館”除了培育水稻，還“住著”擬南芥。陳冬利用科學(xué)手套箱為大家展示了擬南芥剪株操作，據(jù)他介紹，“小南”非常適應(yīng)太空生活，長勢很好，未來會將這些采集到的“小南”樣品帶回地球研究。
陳冬說，“除了種植擬南芥和水稻，在生命生態(tài)實驗柜下面的‘房間’，還可以養(yǎng)殖斑馬魚、線蟲等動物。”
鏡頭轉(zhuǎn)向生物技術(shù)實驗柜。這個實驗柜相當(dāng)于太空中的一個小型生物實驗室，陳冬介紹，它主要是以細(xì)胞、組織、蛋白質(zhì)等生物樣品為對象進(jìn)行研究的科研設(shè)備，里面配置了各種先進(jìn)的細(xì)胞培養(yǎng)和檢測儀器。
“它最厲害的地方是‘全自動’——航天員只需將實驗單元裝載到實驗?zāi)K中，啟動實驗，就可以開展細(xì)胞的增殖分化等實驗，并且可以像看電影一樣，實時觀察細(xì)胞樣品的變化過程。”陳冬說。
相比于上一個“太空教室”天和核心艙，問天實驗艙擁有更大的教學(xué)空間。當(dāng)天，3名“太空教師”還在這里演示了水球變“懶”實驗、太空趣味飲水、“會調(diào)頭的扳手”等神奇現(xiàn)象。
中國航天科技集團(tuán)五院空間技術(shù)實驗分系統(tǒng)主任設(shè)計師李喆介紹，作為我國空間站的首個實驗艙，問天實驗艙擁有強(qiáng)大的空間科學(xué)實驗?zāi)芰Γ粌H艙內(nèi)實驗?zāi)芰Ρ忍旌秃诵呐摯蠓嵘€能夠開展大規(guī)模艙外實驗。
“問天實驗艙裝載了8個實驗柜、22個艙外載荷適配器，就像是把一個大型科學(xué)實驗室搬到了太空。”李喆說。
事實上，問天實驗艙不僅僅是空間站上的第二個“太空教室”，也是空間站的重要保障，讓中國空間站的在軌運(yùn)行風(fēng)險更加可控，在軌長壽命運(yùn)行更加可靠。
雖然“太空教師”們處于距地面400公里的中國空間站，但在天地連線中，這堂課畫面圖像清晰、語音清脆響亮，3名航天員也能清楚地看到地面課堂內(nèi)孩子們的一舉一動，進(jìn)行實時課堂互動。李喆說，在“天”與“地”順暢連通的背后，空間站測控與通信分系統(tǒng)發(fā)揮著重要的保障作用。
其第一個作用，就是為太空授課配備了圖像話音的采集和通信設(shè)備，這些設(shè)備能夠采集航天員授課的畫面和聲音、記錄課堂實況，通過通信設(shè)備將其傳到地面。第二個作用是提供天地鏈路的保障，太空中采集到的課堂畫面和聲音通過天鏈中繼系統(tǒng)和中繼終端產(chǎn)品搭建起來的“太空天路”傳輸?shù)降孛妫孛嫔吓臄z到同學(xué)們的反應(yīng)也能實時傳輸?shù)娇臻g站，實現(xiàn)雙向傳輸。
李喆介紹，實驗柜采集到的數(shù)據(jù)不僅數(shù)據(jù)量巨大，而且許多都需要實時傳輸，這就對通信傳輸能力提出了更高的要求。研制團(tuán)隊用光纖在艙內(nèi)打造了一個帶寬更大、速率更快的局域網(wǎng)，即載荷網(wǎng)。大量的實驗數(shù)據(jù)通過載荷網(wǎng)匯集到艙上的中繼天線終端，通過中繼衛(wèi)星傳到地面，便于科研人員開展后續(xù)研究。
當(dāng)前，天和核心艙和問天實驗艙處于“L”構(gòu)型，在飛行姿態(tài)的約束下，此次太空授課期間的測控由兩個艙段接力完成，實現(xiàn)了“太空天路”無縫銜接。
測控團(tuán)隊特別設(shè)計了一體化的“數(shù)據(jù)代傳”的飛行程序：授課的前半段由問天實驗艙跟蹤中繼衛(wèi)星，后半段由天和核心艙跟蹤另一顆中繼衛(wèi)星，而在中間兩艙同時跟蹤不同中繼衛(wèi)星的階段，通過數(shù)據(jù)代傳讓兩艙實現(xiàn)信息并網(wǎng)連通，完成“無縫接力”，從而實現(xiàn)了連續(xù)測控，保障太空授課的順利進(jìn)行。
“天宮課堂”授課專家組成員、北京交通大學(xué)副教授陳征表示，第一次太空授課在實驗設(shè)計上更加注重趣味性，首次揭幕太空教室，主要面向小學(xué)生等低年齡群體。第二課在空間科學(xué)實驗內(nèi)容上有所增加，讓更多人深入了解航天員在空間站的工作。從面向的群體來看，轉(zhuǎn)向初中生。第三課授課內(nèi)容更加深入、更加立體，同學(xué)參與程度更進(jìn)一步。
約50分鐘的太空授課，在天地互動中很快過去，授課接近尾聲。
“我們在金秋十月一起度過了一段精彩時光，不久后，我們的夢天實驗艙就要發(fā)射入軌，到時我們將見證中國空間站全面建成的歷史時刻。我們非常期待同學(xué)們在未來可以把我們的太空家園建設(shè)得更好！”陳冬說。
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