中國首次航天員太空授課活動全記錄

本報記者雷聲攝及新華社發

　　在中國最高的講臺——離地面300多千米的天宮一號上，神舟十號航天員聶海勝、張曉光、王亞平為全國青少年帶來神奇的太空一課。

　　從首都北京到全國各地，8萬多所中學、6000萬名師生通過廣播、電視和網絡直播，共同收聽、收看航天員太空授課，一同領略奇妙的太空世界。

　　6月20日上午，記者來到設在中國人民大學附屬中學的太空授課地面課堂，與300余名中小學生一起，現場聆聽航天員老師講課。

　　亮相  主講老師“飛”到講臺前

　　20日10時許，北京市101中學物理教師史藝和人大附中物理教師宓奇登上講臺。簡短的開場白之后，兩位老師為同學們播放了一段電視短片——《航天員在太空的衣食住行》。

　　10時11分，北京航天飛行控制中心報告，已建立與航天員的雙向通信鏈路。神舟十號航天員的身影清晰呈現在大屏幕上，他們身著藍色艙內工作服，微笑著向地面課堂的同學們揮手致意。

　　“我是王亞平，本次授課由我來主講。”航天員王亞平輕點腳尖，向天宮一號艙內的攝像機鏡頭緩緩“飛”來。在失重環境下，這位主講精心梳理的馬尾辮變成了蓬松的“毽子”，呈現出幾分“笑果”。

　　“大家好！我是聶海勝，擔任本次飛行任務的指令長。”指令長這次當起了助教。

　　“大家好！我是張曉光，本次太空授課任務，我擔任攝像師。”在失重環境下，張曉光要先用束縛帶把自己固定在艙壁上，再用手持攝像機保持長時間穩定拍攝，才能把圖像傳回地面課堂。

　　實驗  失重帶來奇妙體驗

　　3位航天員老師“站”穩后，先給同學們露了幾手“功夫”——“懸空打坐”、“大力神功”。失重環境下，航天員仿佛成了“武林高手”，博得同學們陣陣喝彩。

　　實驗1：質量測量

　　航天員的表演給大家帶來了疑問：失重環境下怎樣測質量呢？

　　從天宮一號的艙壁上打開一個支架形狀的裝置——質量測量儀，聶海勝把自己固定在支架一端，王亞平輕輕拉開支架，一放手，支架便在彈簧的作用下回復原位。裝置上的LED屏上顯示出數字：74.0，這表示聶海勝的實測質量是74千克。

　　解讀：王亞平說，天宮中的質量測量儀，應用的物理學原理是牛頓第二運動定律：F（力）=m（質量）×a（加速度）。質量測量儀上的彈簧能夠產生一個恒定的力F，同時用光柵測速裝置測量出支架復位的速度v和時間t，計算出加速度（a=v/t），就能夠計算出物體的質量（m=F/a）。　　

　　實驗2：單擺運動

　　演示完質量測量，航天員們又取出物理課上常見的實驗裝置單擺。王亞平把一個T形支架固定在工作臺上，支架上用細繩拴著一顆明黃色小鋼球。王亞平把小球輕輕拉升到一定位置后放手，小球并沒有出現地面上常見的往復擺動，而是停在了半空。王亞平用手指沿切線方向輕推小球，奇妙的現象出現了，小球開始繞著T形支架的軸心做圓周運動。

　　解讀：太空中沒有重力作用，小球只會在原地懸浮。同樣，因為重力環境不同，在太空中輕輕推一下小球，小球會在細繩的牽引下做圓周運動。而在地面上，需要給小球足夠大的初速度，才能使它克服重力阻礙，實現圓周運動。

　　實驗3：陀螺運動

　　王亞平取出一個紅黃相間的陀螺，把它靜止懸放在空中。用手輕推陀螺頂部，陀螺翻滾著飛向遠處。緊接著，王亞平取出一個一模一樣的陀螺，讓它旋轉起來，懸浮在半空中，再用手輕輕一推，旋轉的陀螺并不翻滾，而是保持著固定的軸向，向前飛去。

　　解讀：轉動的陀螺具有定軸性，定軸性遵守角動量守恒原理——在沒有外力矩作用情況下，物體角動量會保持恒定。而這在地面上因摩擦等因素很難實現。

　　王亞平介紹說，高速旋轉陀螺的定軸特性在航天領域用途廣泛。天宮一號上就裝有各式各樣的陀螺定向儀，正是有了它們，才能精準地測量飛行姿態。 

　　實驗4：制作水膜

　　王亞平拿起一個航天員飲用水袋，打開止水夾，水并沒有傾瀉而出；輕擠水袋，飲水管端口形成了一顆水珠，懸浮在半空中。

　　接著，她用手捏著長柄，把一個金屬圈插入裝滿飲用水的自封袋中，慢慢抽出便形成了一個漂亮的水膜。隨后，又往水膜表面貼上了一片有中國結圖案的塑料片，水膜依然完好。這些奇特景象引起地面課堂同學們的連聲驚嘆。

　　實驗5：制作水球

　　王亞平用飲水袋慢慢地向水膜上注水，不一會兒，水膜就變成一個亮晶晶的大水球。用注射器向水球內注入空氣，在水球內產生了兩個標準的球形氣泡，氣泡既沒有被擠出水球，也沒有融合到一起。

　　緊接著，她又用注射器把少許紅色液體注入水球，紅色液體慢慢擴散開來，晶瑩透亮的水球變成了粉紅色，令人嘖嘖稱奇。

　　解讀：受到內部分子的吸引，液體表面分子有被拉入內部的趨勢，導致表面就像一張繃緊的橡皮膜，這種促使液體表面收縮的繃緊的力，就是表面張力。

　　液體表面張力在航天活動中有重要應用。失重環境下，航天器推進劑貯箱中的液體燃料界面和氣體界面不再是穩定的，科學家們制造了表面張力貯箱，利用表面張力推動液體推進劑流動，為動力系統提供滿足要求的推進劑。

　　互動  無盡好奇點燃科學夢

　　太空實驗讓人意猶未盡，天地之間繼續著精彩互動。

　　未來空間站將實現資源再生和循環利用

　　人大附中高二年級學生司紫碩：我想知道那些水是從地面上帶到天宮一號去的嗎？你們在天上的生活用水可以循環使用嗎？

　　聶海勝：我們在天宮一號上使用的水都是從地面帶來的。在太空中實現資源循環利用是非常重要和有價值的，但這需要先進的技術和復雜的設備，因此短期飛行采用一次性用水更為經濟。我國未來的空間站將采用先進的資源再生和循環利用技術，在天宮一號上也進行了部分相關關鍵技術試驗。

　　太空垃圾可規避防護

　　北師大附中高一年級學生毛思銳：能看到太空垃圾嗎？天宮一號是否有應對防護措施？

　　王亞平：我們在飛行中沒有看到太空垃圾，但太空垃圾確實存在。雖然它們與航天器碰撞幾率很小，但一旦相撞后果不堪設想。因此，神十任務實施前，地面科研人員對太空垃圾進行了預警分析，也對天宮一號采取了相應的規避和防護措施，以確保安全。

　　用體育鍛煉等對抗失重

　　潞河中學高一年級學生韓蘇陽：請問你們采取哪些措施對抗失重對人體的不利影響？

　　聶海勝：失重會造成人體心血管失調、骨丟失和肌肉萎縮。為了有效對抗失重，我們采取體育鍛煉、藥物和改變體液分布等方法來防護。這次我們從地面帶來很多設備，如：企鵝服、套袋、拉力器、自行車功量計等。剛才我們進行太空授課的小講臺就是用自行車功量計改裝的。

　　每天看16次日出

　　史家小學四年級學生邱甜：在天上看到的窗外景色與地面有什么不同？星星會閃爍嗎？能看到UFO嗎？

　　王亞平：透過舷窗，我們可以看到地球，也可以看到日月星辰，但是沒有看到過UFO。由于沒有大氣對光的散射作用，我們看到的太空不是藍色的，而是深邃的黑色。另外，我要告訴你一件奇妙的事情，我們每天可以看到16次日出，因為我們每90分鐘繞地球轉一圈。

　　寄語  太空奧秘探索無止境

　　幾次天地互動，不知不覺中，時鐘已經指向了10點50分。帶著眷戀和依依不舍，神十航天員們要和地面課堂的同學們說再見了。每位航天員都為同學們送上一句太空寄語——

　　聶海勝說：“愿同學們刻苦學習，增長知識，為‘中國夢’添彩！”

　　“深邃太空，奧秘無窮，探索無止境，讓我們共同努力！”張曉光說。

　　“飛天夢永不失重，科學夢張力無限！”王亞平把太空授課的內容和寄語完美地融合在一起。 

　　版式設計：宋  嵩

　　《 人民日報 》（ 2013年06月21日 09 版）