http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-06-28
在中国人民大学附属中学太空授课地面课堂，同学们举手向航天员王亚平提问。新华社发
昨天上午，在北京市航天中学航天科技工作室“问天阁”内，“神箭班”的26名同学与航天员王亚平同步进行地面和太空环境里小球单摆运动的对比试验。
本版图片除署名外均为本报记者李继辉摄
王亚平正在太空授课。
女航天员王亚平20日上午在天宫一号里成功进行我国首次太空授课。在指令长聂海胜和摄像师张晓光的协助下，王亚平完成了质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜和水球等5个实验。太空授课活动持续约40分钟。这一天地互动过程是在我国第三颗中继卫星的支持下实现的。它的亮相同时标志着我国新一代载人航天测控网基本建成。
航天员漂浮亮相
10时11分，神舟十号航天员的身影清晰出现在中国人民大学附属中学报告厅大屏幕上。作为太空授课的“地面课堂”，330多位师生在这里亲身经历与神十航天员天地连线。
王亚平鱼儿一般向舱内摄像机游来，她是本次授课的主讲。指令长聂海胜则当起了“助教”，负责配合“主讲”管理教具，维护课堂秩序。航天员张晓光是这次授课任务的摄像师，在失重环境下不易保持自身平衡，他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。
为了更好展示太空失重状态，指令长聂海胜盘起腿，玩起了“悬空打坐”。王亚平用手指轻轻一推，聂海胜摇摇晃晃向远处飘去。
掌声和欢笑声在地面课堂响起。王亚平在随后的40分钟时间里成功完成五个实验。
6000万师生收看
全国8万余所中学6000余万名师生通过电视直播同步收看了这堂物理课。
“实验太有趣了。”人大附中高一学生王义铎说，“物理原理我们都学过，但太抽象了，只能死记硬背。今天看了亚平老师的演示，可能一辈子也忘不了。”
“此前上物理课，学生们都要根据理想模型进行想像，太空授课很形象地让我们看到了失重现象。”拉萨中学高一(2)班的拉珍和学校的师生一起观看太空授课后说，希望以后能有机会像王亚平一样到太空去。
“太空会不会像西藏高海拔地区一样，水到七八十度就能烧开了？”“冬虫夏草在太空能生长吗？”“在高海拔的西藏发射宇宙飞船会不会更快？”记者采访发现，西藏的学生对太空的热情犹如日光城的太阳，炙手可热。显然，这次的太空授课激发了他们追梦太空的浓厚兴趣。
在神舟飞船的发射地和主着陆场所在的内蒙古自治区，孩子们对中国首次“太空授课”的热情格外高涨。同在现场观看的商辉老师说，内蒙古与神舟飞船有着不解之缘，这里的孩子们对航天知识也格外感兴趣。“我们还打算将来带着他们到发射地和着陆场实地去感受，让他们从小就了解祖国航天事业的成就。”
遥远太空传来寄语
奇妙的太空实验结束后，航天员开始回答同学们五花八门的问题。
人大附中高二年级学生司紫硕询问天宫中的水从何而来，聂海胜回答说：“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，因此在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。”
“您能看到太空垃圾吗？天宫一号是否有应对太空垃圾的防护措施？”“请问你们在太空中采取哪些措施对抗失重对人体的不利影响？”“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？”
三位航天员一一对问题做出解答后，一堂神奇的太空授课接近尾声。在距地300多千米外的太空中，航天员为同学们送来了寄语——
聂海胜说：“愿同学们刻苦学习，增长知识，为‘中国梦’添彩！”
张晓光说：“深邃太空，奥秘无穷，探索无止境，让我们共同努力！”
王亚平说：“飞天梦永不失重，科学梦张力无限！”
链接
中美“太空教师”互致祝愿
刚刚完成太空授课的中国女航天员王亚平，20日在天宫一号通过电子邮件向世界第一位“太空教师”、美国前宇航员芭芭拉·摩根发去回信。回信全文如下：
“亲爱的芭芭拉·摩根女士：在遥远的太空收到您的来信，我和我的同事感到很高兴，谢谢您对我们的关心和祝愿，对您为世界载人航天和教育事业做出的贡献表示敬佩和敬意。今天，我们顺利完成了太空授课活动，与亿万中国学生一起分享了太空的神奇和美妙，收获了知识和快乐，希望您和世界各地的教师、学生看到后能够喜欢。飞行期间，我经常会通过舷窗遥望我们美丽的家园。太空寄托着人类美好的向往，知识是走向太空的阶梯。我们愿与您一道为开启全世界青少年朋友热爱科学、探索宇宙的梦想共同努力。”
6月13日，62岁的芭芭拉致信王亚平，表达了她对神舟十号航天员的问候和祝愿，并对王亚平担任首位中国太空授课教师给予热切期盼和鼓励。
“火星人”给打工子弟讲太空
就在神十女航天员王亚平在距地球300公里外的太空给地面上的中小学生上课的同时，在距航天城不到5公里的燕京小天鹅公益小学，另一堂“太空课”也在上演。亚洲惟一一名模拟体验火星飞行520天的志愿者王跃，为这所打工子弟学校的孩子们讲太空。
因为没有电视，这所学校的孩子们不能收看王亚平的太空授课，但王跃的到来，为孩子们补上遗憾。简朴的教室里，王跃为孩子们召开了一次“我的航天梦”主题班会，孩子们的桌子上摆着两本“课本”——分别介绍了载人航天交会对接以及王跃在俄罗斯参与“火星500”模拟火星旅行体验的经历。
王跃指了指头顶的天空，“在太空中，水是一个个圆圆的小球，像小珍珠一样。你可以像小鸟一样，一边飘在空中，一边追着喝掉这些小水珠……”王跃把孩子们带到了一个梦幻般的世界。
据悉，此次主题班会是“2013年中国航天员体验营”招募活动的重要组成部分。航天员体验营将于7月中旬在北京开营，将在全国范围内招募40余名小营员，齐聚北京航天城，孩子们不但能与航天英雄面对面交流，还能试穿航天服、吃航天餐、体验96小时“准航天员”生活。
本报记者 童曙泉
五大实验
太空称重
■内容■
王亚平拿出两个一样的弹簧，弹簧的底端分别固定了两个质量不同的物体。如果在地面，由于两个物体质量不同，两根弹簧的伸长量肯定是不同的。但在太空中，两个弹簧却停留在了同一位置，无法显示出两个物体质量的差别。
在太空中，航天员想要知道自己是胖了还是瘦了，就需要使用专用器材——质量测量仪。该仪器用支架固定在实验舱内，王亚平讲解时，让聂海胜固定在质量测量仪上，然后，王亚平把连接运动机构的钢丝绳拉到指定位置，拉力使他回到了初始位置，这样，就测出了他的质量：74千克。
■原理■
牛顿第二定律。王亚平解释，物体受到的力等于它的质量乘以加速度，如果想办法测出力和加速度，就可以算出质量了。航天员设计了一个“弹簧-凸轮”机构，能够产生一个恒定的力，就是把聂海胜拉回到初始位置的力。此外，还设计了一个光栅测速系统，能够测出身体运动的加速度。根据牛顿第二定律，就可以算出身体的质量了。
太空单摆
■内容■
王亚平展示了一个支架，细绳将小球连接在支架上，形成了一个地面上常见的单摆。她将支架固定在展示平台上，随后将小球拉起，但小球并没有像在地面上一样做往复摆动。再把小球提高一点，松手，它还是没有做往复摆动。这是因为在太空中，小球处于失重状态，没有了回复力，所以不能像在地面上一样做往复摆动。接下来，王亚平推了小球一下，小球神奇地开始做圆周运动。换个方向，小球仍然在做圆周运动。
■原理■
在太空中，小球处于失重状态，即使给小球一个很小的初速度，它也能绕摆轴做圆周运动。但是，在地面上却需要一个足够大的初速度才能够实现。
太空陀螺
■内容■
王亚平拿起一个静止的陀螺，悬空放置，给它一个干扰力，这个静止的陀螺开始翻滚着向前运动，它的轴向发生了很大的改变。随后，王亚平把它抓回来，让它旋转起来，放到同样位置，给它同样的干扰力。这次，陀螺不翻滚了，而是晃动着向前走。很快，王亚平再次把它抓回来，然后拿出另一个陀螺，让它们一个静止、一个旋转，给它们同样的干扰力。结果，静止的陀螺开始翻滚着向前移动，而旋转的陀螺虽然晃动着但是轴向基本没有改变。
■原理■
高速旋转的陀螺具有很好的定轴性，陀螺这一特性在天上地下完全一样。因此，有很多设备都是用陀螺组合来定向。在天宫一号里，有不少利用陀螺定向原理设计的仪器，用来测量航天器的姿态。
太空水膜
■内容■
王亚平打开一个饮水袋，如果在地面，此时水肯定是会流下来的。但是，在太空中失重环境下，水没有流出来。她把一个金属圈慢慢地伸进水袋里，然后轻轻地拉出来，金属圈上奇迹般出现了一个漂亮的水膜。
为了验证水膜是否结实，王亚平轻轻地晃动它，它也没有破裂，只是甩出来一些小水滴。聂海胜立刻用吸水纸吸走，避免水滴到处乱飞影响设备安全。接下来，王亚平试着把一个中国结贴到水膜的表面，看它能不能承受住这个中国结。贴上了！
■原理■
在失重状态下，水的表面张力会大显神威，能轻松地形成水膜。
太空水球
■内容■
王亚平重新做了一个水膜，一点一点地往水膜上加水，水膜在一点一点地变厚，变成了一个亮晶晶的大水球。可以看到，水球的中间有很多小气泡，这是因为刚才注水用的饮水袋中本身就存在着很多小气泡。王亚平用一个注射器把这些小气泡抽出来，水球看上去就像一个透镜，透过它可以看到王亚平的倒影。
随后，王亚平用注射器往水球中间注入了两个气泡。这两个气泡并没有融合到一起，而是单独地存在着。接下来，王亚平把两个气泡抽出来，往水球中注入红色的液体，红色液体在水球中慢慢地散开，透明的水球变成了一个红色的水球。
■原理■
在太空中，由于处于失重状态，水的表面张力很大。本报记者 贾晓燕
揭秘
实验准备了10多个
物理教师客串主持人
太空自行车改成讲台
东高地科技馆原馆长、太空授课备课专家组成员金声透露，太空授课的实验共准备了10多个，经过七八次筛选，最终采用现在的5个。
从去年9月起，太空授课教案组就开始广泛征求各方面意见，确定实验计划。选择这5个实验主要考虑到教育性、趣味性和可视性，最终确定演示失重环境中的力学原理和液体表面张力，目的在于“让不同的人群有不同的感受”。按照计划，太空授课申报的教具重量为2.9公斤。
物理教师客串主持人
在地面课堂现场，两位中学物理教师担当起主持人的角色，一位是人大附中的宓奇老师，一位是101中学的史艺老师。
在人大附中物理组老师眼中，宓奇是一位创新型老师，早在几年前，他就将航天课程引入课堂，涉及太空中的动量守恒、天宫一号与神舟飞船的交会对接等问题，尤其在信息技术和现代化仪器方面有独特的研究。
101中学的史艺是物理高级教师，自春节前得知自己被选中担当太空授课任务后，特别激动。昨天，她特意换上了新买的红色正装，希望在整个主持环节中完美表现。
为达到默契配合，今年三四月份起，这两位老师曾与三位航天员提前沟通、磨合，交流教学经验。
太空自行车改成讲台
昨天进行太空授课的小讲台，实际上是航天员们用来进行体育锻炼的太空自行车改造的。
此次出征，天宫一号的航天员从地面带了很多设备，如企鹅服、套袋、拉力器等。太空授课结束后，航天员们将重新组装小讲台，恢复其太空自行车原貌。
本报记者 贾晓燕
时评
撒下希望的种子
中国太空第一课的靓丽影像已永久定格，回味悠长。而就在这堂课之前，当孩子们说起载人航天时，霎时想到的或许还只是火箭的烈焰、漆黑的太空和舷窗中遥远的地球……你敢飞天吗？
毫无疑问，国内外一代代航天英雄勇闯太空的精神支柱，是对祖国的忠诚和对航天事业的献身精神。与此同时，一个有趣的数字对比同样耐人寻味。曾开创载人航天之先河的苏联及其“传人”俄罗斯，迄今只将3名本国女性送入过太空，而美国已有40多名女性成功飞天。负责挑选航天员的俄科学院专家认为，该国少有女航天员与其传统价值观有关。
如何超越有碍航天的“价值观”？兴趣！对于亲历探索的强烈执著兴趣或许是破解这一谜题的金钥匙，这一点已在科学领域无数次得以验证。
幼时对园艺的浓厚兴趣，使身为中学教师的孟德尔连续8年潜心观察豌豆生长，最终发现生物遗传因子分离和自由组合规律，成为现代遗传学之父。从小对自然历史的强烈兴趣，让达尔文放弃医学、神学，环球航海考察，著就石破天惊的《物种起源》。
同样，在华人物理学家丁肇中的时间表上，基本没有假期和周末。这位年逾七旬的长者为寻找暗物质每日工作十余个小时。不乏味吗？“假如你对科研感兴趣，就会觉得实验室乐趣无穷，”丁肇中说。
由此可见，“神女”王亚平太空授课的重要意义，莫过于点燃莘莘学子的太空激情，为航天事业的未来播撒希望的种子。
正因如此，太空授课受到航天大国的重视。早在上世纪80年代，美国就曾“海选”教师上太空，37岁的中学女教师麦考利夫本有望成为第一位“太空教师”，但她随挑战者号航天飞机失事而牺牲。直到2007年，芭芭拉·摩根才在国际空间站上圆了太空授课之梦。王亚平是中国第一位、也是世界第二位成功的“太空教师”。
太空授课只是帮助青少年走近航天的开端。据中国空间技术研究人士介绍，有关机构还考虑以其他方式开展此类参与互动活动。这在航天领域已不乏先例，比如美国航天局为孪生火星车取名的倡议，就得到近万名中小学生响应，最终闻名遐迩的“勇气”号、“机遇”号均出自一名9岁女孩的太空梦想。
“飞天梦永不失重，科学梦张力无限”，王亚平的话音犹在耳畔回响。假如你由此寻声凝望那深邃的太空，可以说中国航天之薪火相传又开始了。
(本版文字除署名外均据新华社)
[新浪网-北京日报]
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本报通讯员 郭兆炜 本报记者 付毅飞
神十在太空遨游的同时，一场以航天器新技术验证和航天医学试验为主题的太空试验也在广袤的星空中拉开帷幕。它们中有利用太空环境下进行的科学探索，有瞄准未来航天发展进行的新产品验证，还有的是定位“服务国民经济发展、服务民众生活”而开展的试验。
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以太空育种为例，在这个领域，中国已经走在了世界前列。通过神舟飞船搭载的种子，在太空经过宇宙辐射、微重力、高真空等条件的诱变，会发生基因突变和染色体畸变；在返回地面后进行培育种植，可以培育出身兼高产量、高品质、高抗病性、好口感等诸多优势的良品。五院天水绿鹏公司已育成13000多份优异种质材料，其中很多正是来自神舟飞船的“蕴育”。这些新品种已示范推广到甘肃、陕西、宁夏、青海、新疆等省区，不仅实现了农业增加值的大幅增加，更为我国走出“农业人口多、人均耕地少”的困境，实现农业增产增收开辟了一条新路。
不仅餐桌上可口的菜品，就连生病时服用的药品，也有鲜明的“太空背景”。我国抗癌药物紫杉醇、治疗心脑血管疾病的特效药“他汀”等药品，以及五院航天生物公司研发的抗衰老药品“辅酶Q10”等，也都借着载人航天工程的东风，实现了研制的重大突破。
此外，经过神舟飞船这个新技术实验室的试验、历练，具有愈合、修复作用的蛋白药物，在空间暴露后润滑性能不降反增的润滑材料，既透气又隔热的新型材料等近千项国家级发明专利和科技进步成果，不断缩小着从梦想到现实之间的差距。同时还带动了近代力学、天文学、地球科学、航天医学等基础学科探索的深入，带动了系统工程、自动控制、推进技术、计算机等现代信息和工业技术的创新发展，带动了新能源、新材料、微电子、光电子以及通信、遥感等产业的兴起，加速了科技成果向现实生产力的转化，促进了我国高科技产业群体的形成和发展。
“神舟专利”走进寻常百姓家
在神舟飞船上大显神威的高精尖技术、产品，其实早已“潜伏”在我们身边，正潜移默化地改变着我们的生活。
由五院研制、为交会对接铸就“万里穿针”奇迹立下汗马功劳的各类敏感器产品，在民用领域的作用同样也不容小觑：透过高光谱成像仪的“电子眼”，可以清晰探测、辨识农作物污染情况，为我们吃上放心菜、安全粮提供了新的检测手段；成像式敏感器为机械臂装上了智脑，能大大加大生产制造行业的制动化程度，还能在核电站辐照度监测岗担当“安全员”。
脱胎于神舟飞船载人生命保障系统，五院为我国煤矿产业量身定制的矿用救生舱产品，可容纳6—16人同时避险，提供长达120小时以上的生命保障，将为矿难事故发生时的工友们撑起一把“保护伞”。
保证神舟飞船内部环境在宇宙“冰火两重天”考验下始终“四季宜人”的保温隔热材料，将成为我们家居建材的新宠儿。五院将航天器热控涂层技术应用到民用建筑隔热涂料的研制之中，自主研发了一种绿色环保的建筑隔热涂料。这种涂料具备反射隔热、辐射隔热、阻隔隔热的综合隔热保温效果，隔热温差效果达23℃以上，可大幅节约制冷及加热能源，同时，涂料的耐水性、耐污染性强，施工性能优良，具备防水、防潮、装饰等功效，已为中国“四大火炉”之一的武汉送去了习习清凉。
以前只有航天员才能享用的智能温度、能源控制系统，也正在成为老百姓触手可及的一部分。借鉴相关技术，五院设计研发的“神舟北极”集成冷冻站系统，凭借着其对冷热源的精细化、智能化控制，摘得了2012年“节能中国十大应用新技术”奖，扛起引领我国传统楼宇建筑能源、温控产业变革的大旗，将为更多的企业开展节能减排提供全新的解决方案。
在国庆60周年庆典上，高高飘悬在天安门广场上空的红宫灯，为庆典倍增喜庆，它不仅具备防水、防火等高强本领，还有一手在四级风天气也能岿然不动的“绝活”，而这也正是“神舟品质”的体现。红宫灯应用了神舟飞船回收着陆系统的一系列新技术、新工艺，以柔性纺织材料制成的宫灯内部是一个气囊，与飞船降落伞在设计原理、制造工艺、试验方法等方面有异曲同工之妙。
还有包装箱运输环境实时数采及自动后处理系统、便携式气动点焊机、微细热电偶焊接机、地铁钢铝复合轨……越来越多的载人航天工程技术、产品、材料、工艺经过成果转化、技术嫁接、二次研发等途径，正走下“神坛”，狠接“地气”，不仅为我们老百姓的衣食住行提供了极大便利，更对我国科普教育、矿业安全、健康医疗、交通运输、交融服务、商业合作、农林渔牧等行业的发展和转型产生了深远影响。
太空技术成经济发展推进剂
何双宏是北京铁路局丰台车辆段列车检验员，他的工作是在铁路上检查车轴温度，防止列车在运行中由于车轴过热发生熔断，造成列车脱轨等事故。过去10多年里，他每天都在自己的责任区来回巡视，用手一个轱辘一个轱辘地摸，风雨无阻。
近两年，何双宏的工作环境发生了很大变化。“借助新设备，通过电脑就可以轻松实现故障监控。”他说。为神舟飞船与天宫一号“太空热吻”保驾护航的红外探测器，如今也用在了火车安全系统中，通过实时探测火车轴温，并将数据动态传入探测信息系统，既能免去人力之苦，又能给不断提速的中国铁路带来更多安全保障，每年还能创造3亿元的经济效益。
这只是航天技术成果服务于社会经济发展的一个缩影。随着我国载人航天事业的飞速发展，航天技术对于提升国民经济的科技含量，促进产业结构的优化升级与整体跃升，培植国民经济新的经济增长点作出了巨大贡献。
2008年，国际金融危机。河南永煤集团濮阳龙宇化工有限责任公司总经理毕殿峰经历了大喜大悲。他先是眼看着自己的企业濒临破产，后来又见证了它浴火重生，摇身变为一家财源滚滚的化工大厂。
“是火箭发动机技术救活了我们。”毕殿峰说，在金融危机之际实现“逆袭”，得益于航天HT-L粉煤加压气化技术。这是航天科技集团下属航天长征化学工程股份有限公司拥有的专利技术，充分吸收了当今世界先进煤气化技术的优点，采用“粉煤+水激冷”流程，利用航天多年来在煤气化及能源化工行业关键设备研制方面的成果，重点在原料煤本地化、工艺路线的优化、减少投资、关键设备国产化方面做了深入细致的工作。2008年10月，航天长征公司设计完成的年产15万吨煤制甲醇工业示范装置在濮阳龙宇公司投料成功。在打破国外技术垄断的同时，也让人们再一次认识到航天技术向国民经济主战场辐射、嫁接后创造的价值。
如今，我国已有2000多项航天技术成果移植到国民经济各部门。粗略估计，由我国航天产业所辐射出来的产业链，已达1600亿元规模。放眼未来，太空经济更将成为经济发展新的增长点，并将从各个方面极大地改变我们的生活。随着我国载人航天二期、三期工程的开展，载人航天工程将成为未来10年、20年中国经济又一有力的推进剂。
（科技日报北京6月27日电）
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