太空數(shù)據(jù)乙星天上的中繼衛(wèi)星

太空數(shù)據(jù)乙星天上的中繼衛(wèi)星

十幾組新任務(wù)是為天空做出新任務(wù)，女性王亞平成為中國第一位的宇宙教師。美麗的肥皂泡到了太空,會不會破滅?物體在太空中如何飄浮?……這些在地面難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn),從太空老師那里找到了答案。1年7月發(fā)射第一階段,提升了篆書所測數(shù)據(jù)的覆蓋率中繼衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn),2兆網(wǎng)速保障視頻順暢。為天地對話牽線搭橋的,是被稱為太空數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”的中繼衛(wèi)星。一位多年從事衛(wèi)星導(dǎo)航的專家稱,中繼衛(wèi)星就是中國太空數(shù)據(jù)的“中轉(zhuǎn)站”。神舟十號測控通信系統(tǒng)仍采用陸、海、天基測控網(wǎng)。與神舟九號任務(wù)相比,新增加了2012年7月發(fā)射入軌的天鏈一號03中繼衛(wèi)星。03星與01、02星共同構(gòu)成中國太空數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”,進(jìn)一步提升了神舟十號任務(wù)測控通信覆蓋率。中繼衛(wèi)星享有“衛(wèi)星的衛(wèi)星”之譽(yù),可為衛(wèi)星、飛船等航天器提供數(shù)據(jù)中繼和測控服務(wù),極大地提高了各類衛(wèi)星的使用效率和應(yīng)急能力,能使資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等數(shù)據(jù)實(shí)時下傳。中國以往的載人航天任務(wù)受帶寬限制,航天員在太空中只能聽到聲音卻無法看到地面高清畫面。中繼衛(wèi)星建立“空空地”傳輸鏈路后,電子郵件、視頻通話等天地之間溝通交流的方式也更加多樣化。為確保太空授課活動順利實(shí)施,航天員們進(jìn)行了認(rèn)真的備課。航天員也在神舟十號內(nèi)進(jìn)行在軌講解和實(shí)驗(yàn)演示,并與地面師生開展雙向互動交流,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也讓學(xué)生增長了不少知識,更深入地了解了太空。2質(zhì)量與比的關(guān)系實(shí)驗(yàn)1:打開“箱子”測質(zhì)量懸空打坐、大力神功,這兩招專屬武林高手的功夫,經(jīng)過3名航天員在太空的演繹,引來了學(xué)生的陣陣喝彩。航天員表演之后給學(xué)生提出問題:“在地面上,人們一般用天平、臺秤等測量物體受到的重力,從而計(jì)算物體的質(zhì)量。那么,失重環(huán)境下該如何測量質(zhì)量呢?”天宮一號上配備有質(zhì)量測量儀,就是設(shè)置在天宮一號艙壁的一個支架形狀的裝置,看上去像飛船艙壁上的一個箱子。拉開“箱子”后,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(fù)原位。裝置上的LED屏上顯示出數(shù)字:74.0。這表示聶海勝的實(shí)測質(zhì)量是74千克。在給學(xué)生解釋了應(yīng)用原理之后,王亞平還給學(xué)生布置了一道課后思考題:除了運(yùn)用牛頓第二定律,還有什么辦法可以在失重環(huán)境下測量物體的質(zhì)量呢?【解讀】在地面上,彈簧秤提供的彈力跟重力是平衡的,不同質(zhì)量的物體掛在彈簧秤上,彈簧的伸長不一樣,即重量是不一樣的。在太空,因?yàn)槲⒅亓Νh(huán)境,兩個不同質(zhì)量的物體在彈簧秤上,兩個彈簧指標(biāo)是平齊的。因?yàn)闆]有重量的概念,彈簧秤就沒有讀數(shù)。天宮一號里的“質(zhì)量測量儀”,運(yùn)用了牛頓第二定律,即物體加速度的大小跟物體受到的作用力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比。這一定律在太空和地面都是成立的。據(jù)了解,這個原理在航天活動中比較常用。例如,航天器在運(yùn)行中會耗損,質(zhì)量會發(fā)生變化,進(jìn)而影響軌道控制的精確度。這時,可開啟推力器,并同時測量航天器的加速度,從而準(zhǔn)確掌握航天器的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)2:神奇單擺做圓周運(yùn)動物理課上常見的實(shí)驗(yàn)裝置單擺受力后是左右搖擺還是圓周運(yùn)動?這個稍有物理常識的人都很容易回答的問題,放在太空就變得超乎想象了。在第二個實(shí)驗(yàn)中,T形支架上,細(xì)繩拴著一顆明黃色的小鋼球,這就是物理課上常見的單擺。王亞平把小球輕輕拉升到一定位置放手,小球并沒有出現(xiàn)地面上常見的往復(fù)擺動,而是停在了半空中,拴小球的細(xì)線呈彎曲狀靜止,將其拉高后,結(jié)果并沒有發(fā)生變化。接下來,王亞平用手指沿切線方向輕推小球,小球就開始繞著T形支架的軸心做圓周運(yùn)動,即使中心軸的角度發(fā)生改變,小球仍然做同樣的運(yùn)動。而在地面做對比實(shí)驗(yàn)時,就需要施加足夠的力,給小球一個較大的初速度,才能使它繞軸旋轉(zhuǎn)。【解讀】小球單擺是一個經(jīng)典的運(yùn)動模型。在地面上,小球單擺具有等時性,比如擺鐘。在太空中,由于小球失重,只剩下一個繩子的拉力,理論上說,單擺上的小球無論放在哪個位置都不會動,小球會飄浮在空中。但在實(shí)驗(yàn)中看到,小球提高到一個位置時,發(fā)生了晃動。即在太空中,如果給小球一點(diǎn)兒初速度,小球就能在繩子的牽引下做圓周運(yùn)動,如果摩擦小,這種圓周運(yùn)動是勻速的。據(jù)了解,太空中的一個小動作,甚至呼吸,天宮一號設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn),都可能造成小球運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)3:陀螺軸向不變,向前飛為了證實(shí)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺在太空失重條件下的定軸特性,王亞平取出一個紅黃相間的陀螺,把它靜止懸放在空中,然后用手輕推陀螺頂部,陀螺翻滾著飛向遠(yuǎn)處,軸向也發(fā)生了改變。期間,聶海勝也對陀螺進(jìn)行干擾。接著,王亞平取出一個一模一樣的陀螺,通過道具讓它旋轉(zhuǎn)起來并懸浮在半空中。這時候再用手輕輕一推,旋轉(zhuǎn)的陀螺只是輕晃一下,并不翻滾,而只是保持固定的軸向,向前飛去。【解讀】旋轉(zhuǎn)的陀螺體現(xiàn)出很好的定軸性,定軸性遵守角動量守恒原理,即在沒有外力矩作用的情況下,物體的角動量會保持恒定。據(jù)了解,現(xiàn)實(shí)生活中有很多體現(xiàn),比如子彈從槍膛里出來時高速旋轉(zhuǎn),這樣保持穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。不論是在太空還是在地球,都遵守角動量守恒定律。在地面上,陀螺需要支撐物實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動,而陀螺與支撐物之間的摩擦產(chǎn)生的干擾力矩等因素改變了陀螺的角動量,使其旋轉(zhuǎn)速度逐漸降低,不能很好地保持旋轉(zhuǎn)方向,最終停下。在太空中,給靜止的陀螺一個初速度,就會向前翻轉(zhuǎn);給正在轉(zhuǎn)動的陀螺一個初速度,軸向幾乎不變。據(jù)了解,利用角動量守恒定律,可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的定向控制。而有些轎車上,就安裝了測量車身縱向和橫向擺動的陀螺傳感器,可以實(shí)現(xiàn)車身穩(wěn)定度的控制。實(shí)驗(yàn)4:“水膜”內(nèi)嵌入中國結(jié)在水膜實(shí)驗(yàn)中,王亞平拿起一個飲用水袋,打開止水夾,水并沒有傾瀉而出;輕擠水袋,在飲水管端口形成了一顆晶瑩剔透的水珠,略微抖動水袋,水珠便懸浮在半空中。但是甩出的水珠必須用吸水紙迅速收集起來,避免亂飛影響設(shè)備安全。接著,她把一個金屬圈插入裝滿飲用水的袋中,慢慢抽出金屬圈,便形成一個漂亮的水膜。輕輕晃動金屬圈,水膜也不會破裂,只是偶爾會甩出幾顆小水滴。隨后,王亞平又往水膜表面貼了一片畫有中國結(jié)圖案的塑料片,水膜依然完好?！窘庾x】在地面上,只有經(jīng)過處理的肥皂水等才能表現(xiàn)比較強(qiáng)的張力特性,因?yàn)榈孛嫔系囊后w表面張力無法抗衡地球引力的作用。液體的表面張力,使液體表面分子有被拉入內(nèi)部的趨勢,導(dǎo)致表面就像一張繃緊的橡皮膜,是促使液體表面收縮的繃緊的力。在太空中,表面張力使水膜似橡皮膜圈在金屬環(huán)里,并且比地面上形成的水膜更大、存在時間更長。據(jù)了解,液體表面張力在航天活動中有重要應(yīng)用?？茖W(xué)家們制造了表面張力貯箱,利用表面張力推動液體推進(jìn)劑流動。實(shí)驗(yàn)5:普通水變身“魔法水球”為了進(jìn)一步證實(shí)液體在太空的表面張力,王亞平用金屬圈重新做了一個水膜,然后用飲水袋慢慢向水膜上注水,不一會兒,水膜就變成了一個亮晶晶的大水球,水球中還有一串小氣泡。聶海勝取出一支注射器,抽出水球中的小氣泡。王亞平用注射器向水球內(nèi)注入空氣,在水球內(nèi)產(chǎn)生了兩個標(biāo)準(zhǔn)的球形氣泡,氣泡既沒有被擠出水球,也沒有融合到一起,水球也沒有爆裂。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(kuò)散開來,透明的水球就變成了粉紅色?！窘庾x】航天員向水膜上不斷注