飞天梦永不失重

飞天梦永不失重科学梦张力无限中国首次航天员太空授课活动全记录在中国最高的讲台离地面300多千米的天宫一号上，神舟十号航天员聂海胜、张晓光、王亚平为全国青少年带来神奇的太空一课。从首都北京到全国各地，8万多所中学、6000万名师生通过广播、电视和网络直播，共同收听、收看航天员太空授课，一同领略奇妙的太空世界。6月20日上午，记者来到设在中国人民大学附属中学的太空授课地面课堂，与300余名中小学生一起，现场聆听航天员老师讲课。亮相主讲老师“飞”到讲台前20日10时许，北京市101中学物理教师史艺和人大附中物理教师宓奇登上讲台。简短的开场白之后，两位老师为同学们播放了一段电视短片航天员在太空的衣食住行。10时11分，北京航天飞行控制中心报告，已建立与航天员的双向通信链路。神舟十号航天员的身影清晰呈现在大屏幕上，他们身着蓝色舱内工作服，微笑着向地面课堂的同学们挥手致意。“我是王亚平，本次授课由我来主讲。”航天员王亚平轻点脚尖，向天宫一号舱内的摄像机镜头缓缓“飞”来。在失重环境下，这位主讲精心梳理的马尾辫变成了蓬松的“毽子”，呈现出几分“笑果”。“大家好！我是聂海胜，担任本次飞行任务的指令长。”指令长这次当起了助教。“大家好！我是张晓光，本次太空授课任务，我担任摄像师。”在失重环境下，张晓光要先用束缚带把自己固定在舱壁上，再用手持摄像机保持长时间稳定拍摄，才能把图像传回地面课堂。实验失重带来奇妙体验3位航天员老师“站”稳后，先给同学们露了几手“功夫”“悬空打坐”、“大力神功”。失重环境下，航天员仿佛成了“武林高手”，博得同学们阵阵喝彩。实验1：质量测量航天员的表演给大家带来了疑问：失重环境下怎样测质量呢？从天宫一号的舱壁上打开一个支架形状的装置质量测量仪，聂海胜把自己固定在支架一端，王亚平轻轻拉开支架，一放手，支架便在弹簧的作用下回复原位。装置上的LED屏上显示出数字：74.0，这表示聂海胜的实测质量是74千克。解读：王亚平说，天宫中的质量测量仪，应用的物理学原理是牛顿第二运动定律：F（力）=m（质量）a（加速度）。质量测量仪上的弹簧能够产生一个恒定的力F，同时用光栅测速装置测量出支架复位的速度v和时间t，计算出加速度（a=v/t），就能够计算出物体的质量（m=F/a）。实验2：单摆运动演示完质量测量，航天员们又取出物理课上常见的实验装置单摆。王亚平把一个T形支架固定在工作台上，支架上用细绳拴着一颗明黄色小钢球。王亚平把小球轻轻拉升到一定位置后放手，小球并没有出现地面上常见的往复摆动，而是停在了半空。王亚平用手指沿切线方向轻推小球，奇妙的现象出现了，小球开始绕着T形支架的轴心做圆周运动。解读：太空中没有重力作用，小球只会在原地悬浮。同样，因为重力环境不同，在太空中轻轻推一下小球，小球会在细绳的牵引下做圆周运动。而在地面上，需要给小球足够大的初速度，才能使它克服重力阻碍，实现圆周运动。实验3：陀螺运动王亚平取出一个红黄相间的陀螺，把它静止悬放在空中。用手轻推陀螺顶部，陀螺翻滚着飞向远处。紧接着，王亚平取出一个一模一样的陀螺，让它旋转起来，悬浮在半空中，再用手轻轻一推，旋转的陀螺并不翻滚，而是保持着固定的轴向，向前飞去。解读：转动的陀螺具有定轴性，定轴性遵守角动量守恒原理在没有外力矩作用情况下，物体角动量会保持恒定。而这在地面上因摩擦等因素很难实现。王亚平介绍说，高速旋转陀螺的定轴特性在航天领域用途广泛。天宫一号上就装有各式各样的陀螺定向仪，正是有了它们，才能精准地测量飞行姿态。实验4：制作水膜王亚平拿起一个航天员饮用水袋，打开止水夹，水并没有倾泻而出；轻挤水袋，饮水管端口形成了一颗水珠，悬浮在半空中。接着，她用手捏着长柄，把一个金属圈插入装满饮用水的自封袋中，慢慢抽出便形成了一个漂亮的水膜。随后，又往水膜表面贴上了一片有中国结图案的塑料片，水膜依然完好。这些奇特景象引起地面课堂同学们的连声惊叹。实验5：制作水球王亚平用饮水袋慢慢地向水膜上注水，不一会儿，水膜就变成一个亮晶晶的大水球。用注射器向水球内注入空气，在水球内产生了两个标准的球形气泡，气泡既没有被挤出水球，也没有融合到一起。紧接着，她又用注射器把少许红色液体注入水球，红色液体慢慢扩散开来，晶莹透亮的水球变成了粉红色，令人啧啧称奇。解读：受到内部分子的吸引，液体表面分子有被拉入内部的趋势，导致表面就像一张绷紧的橡皮膜，这种促使液体表面收缩的绷紧的力，就是表面张力。液体表面张力在航天活动中有重要应用。失重环境下，航天器推进剂贮箱中的液体燃料界面和气体界面不再是稳定的，科学家们制造了表面张力贮箱，利用表面张力推动液体推进剂流动，为动力系统提供满足要求的推进剂。互动无尽好奇点燃科学梦太空实验让人意犹未尽，天地之间继续着精彩互动。未来空间站将实现资源再生和循环利用人大附中高二年级学生司紫硕：我想知道那些水是从地面上带到天宫一号去的吗？你们在天上的生活用水可以循环使用吗？聂海胜：我们在天宫一号上使用的水都是从地面带来的。在太空中实现资源循环利用是非常重要和有价值的，但这需要先进的技术和复杂的设备，因此短期飞行采用一次性用水更为经济。我国未来的空间站将采用先进的资源再生和循环利用技术，在天宫一号上也进行了部分相关关键技术试验。太空垃圾可规避防护北师大附中高一年级学生毛思锐：能看到太空垃圾吗？天宫一号是否有应对防护措施？王亚平：我们在飞行中没有看到太空垃圾，但太空垃圾确实存在。虽然它们与航天器碰撞几率很小，但一旦相撞后果不堪设想。因此，神十任务实施前，地面科研人员对太空垃圾进行了预警分析，也对天宫一号采取了相应的规避和防护措施，以确保安全。用体育锻炼等对抗失重潞河中学高一年级学生韩苏阳：请问你们采取哪些措施对抗失重对人体的不利影响？聂海胜：失重会造成人体心血管失调、骨丢失和肌肉萎缩。为了有效对抗失重，我们采取体育锻炼、药物和改变体液分布等方法来防护。这次我们从地面带来很多设备，如：企鹅服、套袋、拉力器、自行车功量计等。刚才我们进行太空授课的小讲台就是用自行车功量计改装的。每天看16次日出史家小学四年级学生邱甜：在天上看到的窗外景色与地面有什么不同？星星会闪烁吗？能看到UFO吗？王亚平：透过舷窗，我们可以看到地球，也可以看到日月星辰，但是没有看到过UFO。由于没有大气对光的散射作用，我们看到的太空不是蓝色的，而是深邃的黑色。另外，我要告诉你一件奇妙的事情，我们每天可以看到16次日出，因为我们每90分钟绕地球转一圈。寄语太空奥秘探索无止境几次天地互动，不知不觉中，时钟已经指向了10点50分。带着眷恋和依依不舍，神十航天员们要和地面课堂的同学们说再见了。每位航天员都为同学们送上一句太空寄语聂海胜说：“愿同学们刻苦学习，增长知识，为中国梦添彩！”“深邃太空，奥秘无穷，探索无止境，让我们共同努力！”张晓光说。“飞天梦永不失重，科学梦张力无限！”王亚平把太空授课的内容和寄语完美地融合在一起。（余建斌赵展慧宗兆盾）