太空授課的作用

1、2013年6月11日，我國(guó)長(zhǎng)征-2F遙十火箭成功把載有航天員聶海勝、張曉光和王亞平的神舟10號(hào)載人飛船送上九重天。在這次航天飛行中，最大的亮點(diǎn)之一是女航天員王亞平將為地面的青少年進(jìn)行我國(guó)首次太空授課，開(kāi)辟了我國(guó)太空教育的新篇章。微重力環(huán)境:不一樣的世界眾所周知，在太空飛行的載人航天器內(nèi)與地面有天壤之別，最顯著的特點(diǎn)是存在地面難以模擬的長(zhǎng)期失重環(huán)境。在那里人人好像都會(huì)輕功，可以像游泳一樣隨意飄來(lái)飄去；航天員各個(gè)均能成為大力士，可毫不費(fèi)力的舉起任何東西；他們的睡覺(jué)也不分上下，可以站著睡，也能倒立睡，高興時(shí)還可不固定睡袋，當(dāng)一回“夜游神”；吃東西也能像小鳥(niǎo)一樣，把食物放在空中后用嘴去接著吃當(dāng)然，失重

2、環(huán)境也給航天員搞個(gè)人衛(wèi)生帶來(lái)麻煩，如刮胡子、理發(fā)、上廁所等都不容易。利用太空失重環(huán)境，還可以進(jìn)行材料加工、生物學(xué)、失重科學(xué)、醫(yī)學(xué)等太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而大大加深對(duì)這些學(xué)科的理解和研究。其中在失重科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，國(guó)外已進(jìn)行了不少有關(guān)物理和化學(xué)等方面的太空實(shí)驗(yàn)。在載人航天器內(nèi)可實(shí)現(xiàn)“竹籃打水水不空”的夢(mèng)想，這是水只受自身表面張力而不受重力影響在作怪。液體的表面張力是一種物理效應(yīng)，它可使液體表面總是試圖獲得最小的光滑面積。在失重狀態(tài)下，水和籃子接觸時(shí)，水可以在籃子表面自由延展，另外，籃子可以起到表面張力附著點(diǎn)的作用而鎖住水，所以水就可以留在有較大空隙的竹籃中。眾所周知，水燒開(kāi)時(shí)會(huì)出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，這是因?yàn)樗?/p>

3、被加熱時(shí)，底部的水先變成蒸汽，使容器底部產(chǎn)生小氣泡，并被重力引起的對(duì)流帶到容器上部，當(dāng)容器中的水受熱超過(guò)其飽和溫度時(shí)，在水的內(nèi)部和表面同時(shí)發(fā)生劇烈汽化的現(xiàn)象，整個(gè)水就沸騰了。但在太空失重狀態(tài)下，由于沒(méi)有對(duì)流和浮力，加熱產(chǎn)生的氣泡會(huì)一直附著在容器底部停留很長(zhǎng)時(shí)間，最后形成一個(gè)大氣泡，飄浮在水中。在地面如果將加熱的蜂蜜倒入盛著水的容器中，由于蜂蜜的密度大于水，所以會(huì)在重力的作用下很快沉淀到容器底部，但如果在載人航天器內(nèi)進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)，由于沒(méi)有重力的影響，所以可以看到蜂蜜不再往下沉，而是懸浮在水中。在失重環(huán)境中，水和油也能很容易的混合在一起，出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，即由于表面活性劑的作用,使本來(lái)不能混合到一起

4、的兩種液體能夠混到一起。燃燒是一種常見(jiàn)現(xiàn)象，但其過(guò)程與重力有很大關(guān)系，可能是一般人沒(méi)有想到的，常見(jiàn)的淚珠狀火焰就是因?yàn)橹亓σ鸬膶?duì)流產(chǎn)生的。蠟燭在地面燃燒時(shí)，由于加熱后的周圍氣體密度低而上升、較冷的氣體從下面補(bǔ)充進(jìn)來(lái)形成的對(duì)流作用，將蠟燭的火焰拉長(zhǎng)呈淚珠狀，并且由于炭黑來(lái)不及充分燃燒就被帶走，使火焰呈紅黃色。在太空失重環(huán)境中，沒(méi)有了對(duì)流現(xiàn)象，蠟燭不僅燃燒速度比地面慢得多，且其火焰呈球狀，炭黑也能夠充分燃燒，使火焰呈藍(lán)色。太空教育：連接公眾與航天的橋梁太空微重力世界是如此奇妙，為此，在載人航天器上開(kāi)展太空教育具有重要意義，它可以使青少年及公眾走近航天、了解航天，還能更好地理解科學(xué)規(guī)律。太空教育已

5、成為載人航天的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是連接公眾與載人航天事業(yè)的最好橋梁。太空教育有多種形式，其中在太空授課是最典型的一種方式。此前，全球只有美國(guó)女航天員巴巴拉摩根曾于2007年在“國(guó)際空間站”上對(duì)地面青少年進(jìn)行過(guò)一次授課。摩根是美國(guó)首名太空女教師克麗斯塔麥考利夫的替補(bǔ)，麥考利夫于1986年在乘挑戰(zhàn)者號(hào)上天時(shí)因航天飛機(jī)爆炸而犧牲了。2007年摩根實(shí)現(xiàn)了麥考利夫未完成的遺愿，在太空利用失重環(huán)境向?qū)W生授課，產(chǎn)生了較大影響。在摩根的太空授課活動(dòng)中，一個(gè)學(xué)生想了解航天員是如何在太空中鍛煉身體的，摩根沒(méi)有直接回答，而是將身旁兩位身材魁梧的航天員舉了起來(lái)，一手一個(gè)，并裝出一副很吃力的樣子。另一個(gè)學(xué)生想知道如何在太空

6、喝水，摩根便從一個(gè)特制的飲水袋中擠出幾個(gè)水珠，然后她和同事們用嘴接住四處飄動(dòng)的水珠并吞下去。學(xué)生問(wèn)摩根，航天員在太空中如何保持個(gè)人衛(wèi)生，摩根馬上往自己的臉上噴射肥皂水，演示她是怎么洗臉的。另一個(gè)航天員還演示了如何刷牙：漱口水需要吐到專用毛巾上，因?yàn)樵谔瘴⒅亓Νh(huán)境下，水不會(huì)往低處流。我國(guó)原定由神舟9號(hào)航天員在太空為青少年授課，但后來(lái)因任務(wù)緊張而取消了。這次神舟10號(hào)航天員王亞平將在天宮1號(hào)內(nèi)通過(guò)電視直播的形式進(jìn)行我國(guó)第一次、世界第二次太空授課，向地面的中小學(xué)生展示失重條件下的特殊物理現(xiàn)象，了解液體表面張力的作用，從而加深對(duì)質(zhì)量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解。由此可見(jiàn)，美國(guó)女航天員摩根太

7、空授課的內(nèi)容是介紹和演示太空生活，而我國(guó)女航天員王亞平太空授課的內(nèi)容是介紹和演示物理概念，所以后者科技含量較高，但難度也較大。王亞平具體展示哪些特殊物理現(xiàn)象值得期待。由于太空授課的次數(shù)和時(shí)間十分有限，而太空實(shí)驗(yàn)對(duì)青少年又有很好的啟迪作用，所以各種太空實(shí)驗(yàn)除了可采用太空授課的方式進(jìn)行演示外，目前還常采用視頻傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行演示，即航天員在載人航天器內(nèi)錄制學(xué)生感興趣的太空實(shí)驗(yàn)，然后在通信信道不忙時(shí)把教育演示視頻用中繼衛(wèi)星傳輸?shù)降孛?。目前，在“?guó)際空間站”已錄制了數(shù)以百計(jì)的教育演示視頻，其中不少是演示物理定義和規(guī)律等。延伸閱讀青少年也能參與太空實(shí)驗(yàn)利用失重環(huán)境可以為人類造福。例如，在失重環(huán)境中混合物可

8、以均勻地混合，由此可以制成地面上不能得到的特種合金；也能制成一種新的泡沫金屬。失重時(shí)在液態(tài)金屬中通以氣體，氣泡不“上浮”，也不“下沉”，均勻地分布在液態(tài)金屬中，凝固后就成為泡沫金屬，這樣可以制成輕得像軟木塞似的泡沫鋼,用它做機(jī)翼,又輕又結(jié)實(shí)；由于液體中密度不同的成分不會(huì)發(fā)生沉淀和對(duì)流，所以在太空采用電泳技術(shù)生產(chǎn)的有些產(chǎn)品產(chǎn)量比地面高幾百倍，純度高幾倍，成本也更低；可進(jìn)行無(wú)容器的“懸浮冶煉”，消除了容器對(duì)材料的污染，獲得純度極高的產(chǎn)品，等等。吸引青少年參加太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已成為載人航天的重要應(yīng)用之一。2012年，美國(guó)“龍”飛船把全美多所高校學(xué)生參與的23項(xiàng)研究運(yùn)送到太空，后又帶回地面。這些學(xué)生的

9、研究項(xiàng)目是“學(xué)生航天飛行實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”的一部分，該計(jì)劃給學(xué)生提供機(jī)會(huì)，設(shè)計(jì)微重力下物理、化學(xué)和生物學(xué)方面的研究項(xiàng)目。我國(guó)曾從全國(guó)各地征集的上萬(wàn)份提案中，評(píng)選出5項(xiàng)由中小學(xué)生提出的上天方案。它們是：用膠粘法控制航天飛機(jī)艙內(nèi)垃圾；液態(tài)混合物的凝固；微重力環(huán)境對(duì)草履蟲(chóng)生長(zhǎng)和繁殖的影響；失重環(huán)境中固-液表面間的相互作用；蠶吐絲織繭實(shí)驗(yàn)。這5項(xiàng)實(shí)驗(yàn)先后登上美國(guó)的航天飛機(jī)。在前4項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中除了草履蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)由于電池工作壽命限制未獲得成功外，其余3個(gè)方案都取得很好的結(jié)果。最不幸的是第5項(xiàng)蠶寶寶實(shí)驗(yàn)，由于哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在返回過(guò)程中解體，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也歸于流產(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生們的心愿，我國(guó)航天部門讓蠶寶寶登上了中國(guó)的第22顆人造衛(wèi)星。太空蠶回到地面后，學(xué)生們與科學(xué)家一起分