10月12日下午，“天宮課堂”第三課在中國(guó)空間站問天實(shí)驗(yàn)艙開講，神舟十四號(hào)飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲在軌介紹了問天實(shí)驗(yàn)艙基本情況和植物生長(zhǎng)研究項(xiàng)目，演示了微重力環(huán)境下毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、水球變“懶”實(shí)驗(yàn)、太空趣味飲水、會(huì)調(diào)頭的扳手等趣味實(shí)驗(yàn)。

這堂課有哪些亮點(diǎn)？我們一起來復(fù)盤一下吧。

把大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)室搬到太空

相比前兩次天宮課堂，本次天宮課堂“解鎖”了一個(gè)全新的太空教室——問天實(shí)驗(yàn)艙。

由航天科技集團(tuán)五院抓總研制的問天實(shí)驗(yàn)艙是全世界現(xiàn)役最大單體載人航天器。它長(zhǎng)17.9米、直徑4.2米，約為6層樓高，是中國(guó)空間站三大艙段中的第二艙段，也是中國(guó)空間站的首個(gè)實(shí)驗(yàn)艙段。

作為我國(guó)空間站的首個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，問天實(shí)驗(yàn)艙擁有強(qiáng)大的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，不僅艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ρ忍旌秃诵呐摯蠓嵘?，還能夠開展大規(guī)模艙外實(shí)驗(yàn)，就像是把一個(gè)大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)室搬到了太空。

“跟我一起向前飛！”通過鏡頭，神舟十四號(hào)航天員乘組帶著孩子們參觀了問天實(shí)驗(yàn)艙，對(duì)工作生活場(chǎng)景進(jìn)行了展示，并介紹了問天實(shí)驗(yàn)艙所搭載的實(shí)驗(yàn)柜等設(shè)施設(shè)備。

問天實(shí)驗(yàn)艙里的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以生命科學(xué)和生物技術(shù)研究為主，艙內(nèi)搭載了科學(xué)手套箱、生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜和變重力實(shí)驗(yàn)柜等設(shè)施設(shè)備。通過這些設(shè)備，科學(xué)家們能夠在空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理、空間材料科學(xué)等領(lǐng)域研究多種空間環(huán)境要素下的基本科學(xué)規(guī)律、機(jī)理，關(guān)注生命生長(zhǎng)發(fā)育和人的健康，探索人類長(zhǎng)期太空生存所面臨的一系列科學(xué)問題。

同時(shí)，在平臺(tái)功能的定位上，問天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙互為備份，關(guān)鍵平臺(tái)功能一致，具備空間站組合體統(tǒng)一管理和控制能力。

趣味實(shí)驗(yàn)揭秘太空微重力環(huán)境

本次天宮授課帶來的4個(gè)小實(shí)驗(yàn)，展現(xiàn)了太空微重力環(huán)境的奇妙“超能力”。

首先是“毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)”。陳冬將三根粗細(xì)不同的量管放入水中，沒過多久，水便上升到達(dá)量管頂部。他招呼學(xué)生們仔細(xì)觀察流體表面張力作用是如何大顯神威的?！皼]有重力束縛，流體表面張力作用會(huì)更加明顯，驅(qū)動(dòng)液面快速上升。”

在北京主會(huì)場(chǎng)，不少學(xué)生告訴科技日?qǐng)?bào)記者，他們對(duì)“會(huì)調(diào)頭的扳手”這個(gè)實(shí)驗(yàn)印象深刻。在微重力環(huán)境下，T字扳手一會(huì)兒頭朝上，一會(huì)兒頭朝下，不停翻轉(zhuǎn)著，十分調(diào)皮。陳冬提到，這是蘇聯(lián)航天員賈尼別科夫在空間站中偶然發(fā)現(xiàn)的，所以也叫賈尼別科夫效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象與扳手的旋轉(zhuǎn)方式和它質(zhì)量的分布有關(guān)系。

中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心應(yīng)用發(fā)展中心主任張偉告訴記者，賈尼別科夫效應(yīng)也叫網(wǎng)球拍效應(yīng)，在地面上扔一個(gè)網(wǎng)球拍，也能發(fā)現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象，不過并不如微重力環(huán)境中的表現(xiàn)明顯。他建議感興趣的孩子們通過查閱相關(guān)資料，進(jìn)一步了解實(shí)驗(yàn)背后的原理。

航天員們還給孩子們演示了水球變“懶”實(shí)驗(yàn)和太空趣味飲水實(shí)驗(yàn)，展示了在微重力環(huán)境下，液體與液固混合體在相同沖擊作用下的不同振動(dòng)表現(xiàn)和使用超長(zhǎng)吸管喝水的有趣現(xiàn)象。同時(shí)，他們還介紹了生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜進(jìn)行的水稻種植和擬南芥種植研究項(xiàng)目，并演示了樣本采集操作。

多項(xiàng)技術(shù)保障天宮課堂順利進(jìn)行

太空授課面向全球進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直播，采取天地互動(dòng)方式進(jìn)行。雖然太空教師正距地面約400公里，但在天地連線中，這堂課畫面圖像清晰、語音清脆響亮，太空教師也能清楚地看到地面課堂內(nèi)孩子們的一舉一動(dòng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)課堂互動(dòng)。

由航天科技集團(tuán)五院抓總研制的空間站系統(tǒng)發(fā)揮著重要的保障作用?？臻g站上的測(cè)控與通信分系統(tǒng)高效助力了實(shí)時(shí)課堂互動(dòng)。測(cè)控與通信分系統(tǒng)配備了圖像話音的采集和通信設(shè)備，這些設(shè)備能夠采集下航天員授課的畫面和聲音，記錄課堂實(shí)況，并通過通信設(shè)備傳達(dá)到地面。

在約50分鐘的授課中，北京空間信息傳輸中心調(diào)用“天鏈一號(hào)”03星和“天鏈二號(hào)”01星，為中國(guó)空間站組合體提供天基測(cè)控與數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，搭建起天地往返的“信息天路”，為太空授課的順利進(jìn)行提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸支撐。

同時(shí)，載荷網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸搭建起一條“高速公路”。問天實(shí)驗(yàn)艙搭載了很多實(shí)驗(yàn)柜，實(shí)驗(yàn)柜所采集的數(shù)據(jù)不僅量大，而且許多都需要實(shí)時(shí)傳輸。航天科技集團(tuán)五院研制團(tuán)隊(duì)用光纖在艙內(nèi)打造了一個(gè)帶寬更大、速率更快的局域網(wǎng)，即載荷網(wǎng)。大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過載荷網(wǎng)匯集到艙上的中繼天線終端，通過中繼衛(wèi)星傳到地面，便于科研人員開展后續(xù)研究。