神十太空授課教具飛天成本約35萬元

　　水膜實驗

　　體重測量

　　水球實驗

　　太空陀螺

　　單擺實驗

　　太空課堂引6000萬學生“仰望星空”

　　王亞平“授課”40分鐘

　　專家稱效果“非常滿意”

　　昨天上午10點04分，在距離地面300多公裡的天宮一號裡，中國女航天員王亞平開始了迄今為止人類歷史上第二次太空講課。地球上，北京人大附中課堂座無虛席，300多名中小學生聆聽了來自太空的“特殊一課”，全國6000多萬學生同步收看了直播。在北京航天中學裡，高二“神箭班”的26名同學更是與天宮進行了同主題的實驗。北京101中學的物理老師史藝，作為“太空授課”專家組成員，她為王亞平的太空授課打100分。

　　天地課堂

　　太空教師“飛進”課堂

　　昨天上午10時11分，北京航天飛行控制中心報告，已與天宮一號內的航天員建立雙向通信鏈路。

　　“同學們，你們好！”大屏幕上，身穿藍色航天服的王亞平飄浮著來到鏡頭前，微笑著與大家招手見面，她就是這堂課的主講教師。為了備好課，她精心准備了授課內容，向專業教師虛心請教講課技巧，還扎起了秀氣的馬尾辮。不過，在失重環境下，精心梳理的馬尾辮變成了蓬鬆的“毽子”。

　　指令長聶海勝責任重大，作為“助教”負責看管教具。同時，他還將照管天宮一號和神舟十號組合體的飛行，並用專用耳機與地面保持聯絡，以備處置意外情況。航天員張曉光擔任太空課堂的攝影師。他用束縛帶把自己固定在艙壁上，保持身體平衡，地面看到的直播畫面，很多都來自他的手持攝像機。

　　聶海勝打坐王亞平一指禪

　　“現在我們是在遠離地面300多公裡的天宮一號實驗艙裡向大家問好。同學們都知道，失重是太空環境中最獨特的現象，那麼首先讓我們的指令長來給大家表演幾個高難度的動作吧”，剛開始講課，兩位老師就讓地面的學生大開眼界。

　　聶海勝盤起雙腿，慢慢飄了起來，做了一個精彩的“懸空打坐”。“我還有‘大力神功’呢”，話音剛落，王亞平伸出一指，輕輕一點，聶海勝就向艙后飛去，邊飛還邊翻跟斗，引來地面的掌聲和笑聲。“怎麼樣，很厲害吧。”王亞平笑著對學生們說：“在太空失重環境中，我們個個都像是身輕如燕的武林高手。”

　　A04-A05版採寫京華時報記者張靈 郭瑩 商西綜合新華社中新網

　　[太空]昨天，王亞平展示的第一個實驗是質量測量。在太空微重力環境下，如何稱人的體重呢？王亞平請指令長聶海勝展示如何使用天宮一號中的質量測量儀來稱體重。隻見聶海勝飄到測量儀前，抓住儀器上幾個扶手，牽引測量儀的鋼絲繩拉開又回來，一旁的電子屏上就顯示出聶海勝的體重：74千克。

　　[地面]26名同學中選出了一胖一瘦兩人，“如何利用體重計讓瘦同學增重、胖同學減重？”在嘗試了各種方法后，同學們發現，瘦同學慢蹲快站，體重計顯示的數字變大了﹔胖同學快速下蹲后，體重計顯示數字則變小了。溫老師介紹，這就是“增重”和“失重”現象，類似乘坐電梯在起降瞬間時的感受。

　　[解答]航天中學溫鵬老師說，地面體重計要求人保持靜止站立狀態，重力與體重計支持力是相等的。太空失重，支持力為零，體重計測不出來。王亞平介紹，太空測重儀通過“彈簧—凸輪”機構產生恆定力，把聶海勝拉回到初始位置。光柵測速系統測出身體運動的加速度。根據牛頓第二定律F=ma，算出身體重量。

　　[太空]王亞平演示的第二個實驗是單擺實驗，她拿出一個支架，用細繩將小球連接在支架上，形成了一個單擺。隻見王亞平將小球輕輕拉起，神奇的一幕發生了：小球在空中緩緩地懸浮著。接下來，王亞平推了小球一下，小球開始繞著擺軸做起了勻速的圓周運動。

　　[地面]在教室裡，同學們的桌前也放置著這樣的支架。但當大家拿起小球到一定角度鬆手后，小球便在空中劃著弧線開始往復擺動。緊接著，再把小球使勁兒一推，小球也繞著擺軸做起了圓周運動，但隻繞了幾圈后，便停了下來。

　　[解答]溫鵬說，究其原因還是因為重力作用不同。小球因重力作用下墜，在細繩的拉動下，做起簡諧運動。再給它一個比較大的外力，它也會開始圓周運動。但同時，在重力作用下，小球不停地改變運動狀態，所以不能像在太空中那樣不停地轉圈，最終停了下來。

　　[太空]陀螺是很多人兒時的玩具，大家對它並不陌生。在太空中，王亞平分別展示了靜止的陀螺和高速旋轉的陀螺在太空的狀態。王亞平先對一枚懸空靜止的陀螺施加干擾力，陀螺翻滾著向前運動，軸向發生了很大改變。隨后，再讓陀螺旋轉起來，這次，陀螺不翻滾了，晃動著向前走。

　　[地面]在地面上同學們在老師的指導下，先讓陀螺高速轉動起來，然后用手輕輕觸碰，陀螺並未改變轉動軌跡，仍然穩定轉動。據了解，這涉及陀螺的定軸性原理，實際上在中學課本中並未涉及，屬於大學知識范疇。通過太空實驗演示，讓這一略顯深奧的物理知識得到了很直觀的展示，學生們理解起來並不難。

　　[解答]溫鵬說，高速旋轉的陀螺具有很好的定軸性，這一定軸特性在天上地上是完全一樣的。太空環境中，靜止的陀螺它的軸是不固定的，加之沒有重力，會翻滾著運動。而一旦旋轉運動后，由於是圍繞軸運動，即使有干擾力，陀螺仍會穩定旋轉。正因為陀螺的這一特殊的穩定性，在航海、航天中均使用到陀螺儀。

　　[太空]王亞平取出了一個金屬圈，把它插入裝滿飲用水的自封袋中再慢慢抽出來，圈中結了一個透明的水膜。輕輕地來回晃動中，水膜完好無損。“我想如果詩人李白在天宮中生活，大概他就寫不出‘飛流直下三千尺’的詩句了，因為在失重狀態下，根本就不可能會‘飛流直下’”。

　　[地面]在地面上，同學們費盡九牛二虎之力，也難以和太空中的王亞平PK。學生們用准備好的吹泡泡筒，輕而易舉地制造出了泡泡膜，但卻不能像王亞平一樣，和泡泡玩“游戲”，泡泡堅持不過幾秒就破裂了。緊接著，大家又試圖用清水吹出泡泡，但也全部失敗了。

　　[解答]溫鵬老師說，在太空失重狀態下，水的表面張力變大，能輕鬆地形成水膜。在地面上形成水膜是很難的，因為有重力的影響，一出水就會破裂，而在太空失重環境中，水的表面張力就會大顯神威。

　　[太空]王亞平用注射器往水球中先后注射了兩個水泡，與地面上不同，這兩個水泡並未融合在一起，而是單獨存在著。隨后，王亞平又用針筒向水球中注入了紅色的液體，紅色的液體在水球中慢慢彌漫，最終將透明的水球染成了紅色水球。

　　[地面]一位同學用紅墨水把一個燒杯中的純淨水染成紅色，之后用滴管吸出一些水，再把它從滴管中緩緩擠出。另一位同學則用放大鏡觀察擠出的水是什麼形態。“是水滴形的，下面大上面小，跟太空裡的不一樣。”學生們爭先說出自己的觀察結果。

　　[解答]為什麼水滴在太空中能成為一個標准的圓形呢？溫鵬解釋道，由於在太空中沒有外力影響，水隻有表面張力，在表面張力作用下水會形成一個表面積最小的形狀，也就是球形。而在地球上，由於重力作用，水滴下來隻能形成液滴狀。

　　天地互動實驗用水可以循環使用嗎？將來空間站循環用水

　　人大附中高二年級學生司紫碩：剛才的水實驗我覺得非常非常有趣，我還想知道的就是這些實驗用水是你們從地面直接帶上去的？還是在天宮生活中循環再生的？之后這些水還能夠被回收起來再利用嗎？

　　聶海勝：我們在天宮一號上使用的水都是從地面上帶來的，在太空中資源循環利用是非常重要和有價值的，這需要先進技術和復雜設備。因此，針對短期飛行還是一次性用水更經濟，我國空間站將採用先進的資源再生和循環利用技術。在天宮一號裡，我們也進行了部分相關關鍵技術的驗証實驗。我國科研人員將會把中國空間站建設成為運行高效、節約的空間站。

　　看到太空垃圾了嗎？

　　發射前就作了預警分析

　　北師大附中高一學生毛思銳：在太空中能看到太空垃圾嗎？天宮一號是否有應對太空垃圾的防護措施呢？

　　王亞平：在飛行的這幾天，我們還沒有看到太空垃圾，不過事實上太空垃圾確實是存在的。雖然它與航天器相撞的幾率很小，但是數量卻不少，一旦與航天器相撞，后果將不堪設想。因此，在發射前我們就對太空垃圾進行了預警分析，也對天宮一號採取了相應的規避和防護措施，以確保航天員的安全。

　　怎麼應對失重對身體的不利影響？

　　體育鍛煉、藥物和體液重新分布

　　潞河中學高一學生韓蘇陽：在太空中需要生活很長時間，採取了哪些措施來應對失重環境對身體的不利影響？

　　聶海勝：在太空，航天員會遇到失重、噪聲、狹小密閉環境等不利因素的影響。失重會造成人體心血管失調、骨丟失、肌肉萎縮等。為對抗失重，我們通常採用體育鍛煉、藥物和體液重新分布等方法來進行防護。這次我們帶來了很多設備，比如企鵝服、套袋、拉力器、自行車供量計等。剛才授課的小講堂，就是自行車供量計改裝的，等一會兒重新組裝成為體育鍛煉的太空自行車。

　　星星會閃爍嗎？看見UFO了嗎？

　　每天看16次日出還沒看到UFO

　　史家小學讀四年級邱甜：在天空中看到的景象和在地面上看到的有什麼不同？星星會閃爍嗎？能看見UFO嗎？

　　王亞平：這確實是一個很奇妙的問題。透過舷窗我們可以看到美麗的地球，還可以看到日月星辰，但是到現在為止我還沒有看到UFO。由於我們處於大氣層之外，沒有了大氣的阻擋和干擾，我們看到的星星格外明亮，但是星星不會閃爍。同樣，由於沒有了大氣對光的散射作用，我們看到的天空不是藍色的，而是青翠的黑色。另外我要告訴你們一個很奇妙的現象，現在我們每天都可以看到16次日出，因為我們每90分鐘就可以繞地球一圈。

　　實驗揭秘

　　時間限制許多實驗未演示

　　昨天，太空授課備課組組長邸乃庸表示，“太空授課”對青少年教育非常重要。可以讓孩子們知道太空是什麼樣的環境，跟地面有什麼不一樣，它會產生什麼樣奇特的現象，將這些呈現給學生，能夠引起學生進一步擴大領域的思考，使中小學生以后再考慮問題的時候，能夠更加全面，同時也更加能夠激發青少年的科技熱情。

　　他介紹，為使太空授課呈現良好效果，國家專門成立了專家組，“最初，專家們提出了很多實驗，但是不可能都做，最后選擇的是可視性好，便於操作的實驗”。邸乃庸說，此次選擇的都是物理實驗，此前專家組也考慮進行化學實驗，雖然太空中化學實驗中的一些溶液變化與地面實驗不同，但這需要靠航天員進一步解說。最終，專家組選定用眼睛可直觀看出來的物理實驗。此外，實驗選擇上還考慮了航天員是否容易操作及使用簡單的用具。因為航天員並不是實驗人員，實驗的主要目的是告訴學生失重環境與地面不一樣。

　　他透露，在最初的設計中，遠不止昨天現場演示的實驗，但由於受到時間限制，最終隻演示了這麼多內容。對於昨天航天員的實驗表現，邸乃庸表示非常滿意。

　　教具飛天成本約達35萬元

　　太空授課教案組金聲老師介紹說，太空授課計劃其實在一年前就開始籌備，本想神九時進行，但神九升空時間較短，而且神九的主要任務是對接任務，所以太空授課計劃最終在神十實現。

　　去年9月開始，太空授課教案組開始廣泛征求各方意見，確定實驗計劃。在天宮一號中呈現的幾個實驗，都是經過反復推敲、精挑細選的。“實驗的選擇主要考慮到科普性、可視性、教育性和可實施性四個方面。最終確定演示失重環境中的力學原理和液體表面張力。”

　　金聲介紹，往太空帶物品不是斤斤計較，而是克克計較。但這次為了太空教學，帶上天宮一號的“教具”總重量是2.9公斤，也體現了國家對這次太空授課的重視。

　　據了解，1千克物質從地面發射到近地軌道的空間站約需2萬美元。以此計算，這些教具飛天成本達到5.8萬美元，即35萬元人民幣左右。

　　課時40分鐘系精心安排

　　在授課時間安排上，昨天很多學生都詢問，為什麼不能延長時間。對此，邸乃庸解釋，太空授課的40分鐘時間也是經過精心安排。主要是因為這段時間的天地通話效果是最好的。他表示，在此前的計劃中，王亞平還將做更多的實驗，但是，他們需要將時間控制在40分鐘內，因為這段時間神十經過我國所有的測試站，直接測控，其畫質、聲音的傳輸效果都是最好的。因此，受到時間的限制，太空授課的時間為40分鐘。

　　師生反應

　　學生：不能做航天員也願做老師

　　40分鐘的太空課學生們仍覺得意猶未盡。太空課堂激發了同學們探索太空的好奇心，看到航天員通過直播回答了很多學生的提問后，學生楊南仍覺得不過癮。楊南說，好多問題直播裡沒有找到答案，他准備回去后搜集資料繼續研究。

　　史家小學四年級的邱甜說，她還沒有開始學物理，但通過這堂課對失重、水的張力等有了難忘的記憶，她也特別喜歡漂亮、聰明的王老師，“如果不能做航天員，我也願意做老師。”

　　老師：我給王亞平打100分

　　北京101中學的物理老師史藝和來自人大附中的物理老師宓奇，是太空授課專家組的成員。今年春節前接到任務之初，他們便向全國中小學生征集最關心的物理問題。專家組將這些問題提煉成了昨天王亞平在太空中的課程。

　　史藝說，航天員訓練任務非常繁重，他們與航天員的交流都是斷斷續續的，有時候兩周交流一次，有時候則需隔一個月。他們的任務主要是向航天員介紹從小學到高中學生在物理方面的儲備情況，也會向他們展示一些小實驗。

　　史藝說，王亞平講課內容都是她自己完成，此前，並沒有告訴她需要怎麼講，應該注意哪些內容。“如果對王亞平的講課打分的話，我打100分。”

　　航天員寄語

　　聶海勝：“願同學們刻苦學習，增長知識，為‘中國夢’添彩！”

　　張曉光：“深邃太空，奧秘無窮，探索無止境，讓我們共同努力！”

　　王亞平：“飛天夢，永不失重。科學夢，張力無限！”

　　太空發郵件

　　王亞平給前輩回信

　　昨天，完成太空授課的中國女航天員王亞平在天宮一號通過電子郵件，向世界第一位“太空教師”、美國前宇航員芭芭拉·摩根回信。

　　“親愛的芭芭拉·摩根女士：在遙遠的太空收到您的來信，我和我的同事感到很高興，謝謝您對我們的關心和祝願，對您為世界載人航天和教育事業做出的貢獻表示敬佩和敬意。今天，我們順利完成了太空授課活動，與億萬中國學生一起分享了太空的神奇和美妙，收獲了知識和快樂，希望您和世界各地的教師、學生看到后能夠喜歡。飛行期間，我經常會通過舷窗遙望我們美麗的家園。太空寄托著人類美好的向往，知識是走向太空的階梯。我們願與您一道為開啟全世界青少年朋友熱愛科學、探索宇宙的夢想共同努力。”

　　6年前，芭芭拉·摩根乘坐“奮進號”航天飛機進入國際空間站，通過視頻向學生展示在太空運動、喝水等情景，上了人類歷史上第一堂太空課，也圓了她21年來的夢想。

　　今年6月13日神十飛天后，62歲的芭芭拉致信王亞平，表達對神十航天員的問候和祝願，並給予王亞平的太空授課熱切期盼和鼓勵。