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航天员王亚平太空精彩授课:主讲“失重”引人入胜

  这是中国最高的讲台——在远离地面300多公里的“天宫”,以王亚平为主讲的3位“神十”航天员为全国青少年讲述了神奇的太空知识。
  
  这是中国最大的课堂——从首都北京到祖国四面八方,8万多所中学、数千万名师生通过广播、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
  
  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,聆听了这节开启航天梦想的太空课。
  
  课前准备,航天员煞费苦心
  
  上午10时11分,北京航天飞行控制中心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地呈现在大屏幕上,他们身着蓝色舱内工作服,面带微笑向地面课堂的同学们挥手致意。
  
  航天员王亚平轻点脚尖,向天宫一号舱内摄像机镜头缓缓飞来。作为主讲人的她,在备课时没少下工夫,精心准备了授课内容,向专业教师虚心请教讲课技巧。
  
  指令长聂海胜担任本课堂的助教,负责配合王亚平管理教具,维护课堂秩序。由于天宫一号是精密飞行器,航天员们的授课活动必须小心进行,既不能动作幅度太大、干扰到正常飞行,还要当心漂浮的实验器材、液滴影响到航天器安全。
  
  航天员张晓光几乎是被“捆”在舱壁上听完这堂课的——不是犯错“罚站”,而是因为担任摄像师的他,要想在失重环境下保持平衡,必须用束缚带把自己固定在舱壁上,才能用手持摄像机保持长时间稳定拍摄,把太空授课的精彩图像传回地面课堂。
  
  没有重量,怎样测算质量?
  
  3位航天员老师亮相后,先给同学们露了几手“功夫”。聂海胜变身轻功大师,先上演了“悬空打坐”,而王亚平则像一位大力士,只是轻轻一拉,就使他横飞出去,“狼狈”地贴在舱壁上。生动滑稽的表演让同学们乐不可支。
  
  疑问随之而来:在地面上,人们一般用天平、台秤等测算物体的质量。而在失重环境下怎样测质量呢?
  
  航天员用天宫一号上的质量测量仪现身说法。他们从天宫一号的舱壁上打开一个支架形状的装置,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。
  
  王亚平解释道,这台质量测量仪应用了牛顿第二运动定律: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)。
  
  随后她还给同学们布置了一道课后思考题:除了运用牛顿第二定律,还有什么办法可以在失重环境下测量物体的质量?
  
  太空中的上下方位是人为定义
  
  航天员在太空中可以自由漂浮,这让孩子们既羡慕,又好奇:“航天员老师,您在太空中有没有上下方位感?”
  
  在回答问题之前,王亚平在聂海胜的帮助下表演了一套“杂技”动作,先是悬空横卧,然后像时钟指针一样旋转,变成倒立。
  
  随后她介绍说,航天员在太空中无所谓上和下的方位区别。不过,为了便于工作生活,航天员们为天宫一号人为定义了上和下,把朝向地球的一侧定义为下,并专门在“下方”铺设了地板。
  
  陀螺定轴特性在航天领域用途广泛
  
  物理学原理告诉我们,高速旋转的陀螺具有很好的定轴特性。在太空失重环境下,这一特性更加直观。
  
  王亚平先取出一个陀螺,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。
  
  随后她让陀螺旋转之后悬浮在半空中,再用手轻轻一推,旋转的陀螺不再翻滚,而是保持着固定的轴向,向前飞去。
  
  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。在天宫一号目标飞行器上,就装有各式各样的陀螺定向仪,正是有了它们,才能精准地测量航天器的飞行姿态。
  
  太空里没有“飞流直下”
  
  “飞流直下三千尺,疑是银河落九天。”李白这两句诗古今流传、脍炙人口。但在太空,如此情景却无法实现。
  
  课堂上,王亚平拿起一个航天员饮用水袋,头朝下打开止水夹,水却没有倾泻而出。轻挤水袋,饮水管端口形成了一颗晶莹剔透的水珠,顺着饮水管滚来滚去。略微抖动水袋,水珠依依不舍地离开饮水管,悬浮在半空中。
  
  “如果诗仙李白在天宫里生活,大概就写不出‘飞流直下三千尺’的名句了,因为,失重环境下水不可能飞流直下。”王亚平笑道。
  
  利用液体表面张力变出“魔法水球”
  
  五彩缤纷的肥皂泡总能带给人们遐想,而这其实是液体表面张力在发挥作用。
  
  在地面上,液体表面张力难以抗衡地球引力的影响,只有经过特殊处理的肥皂水或富含无机盐的矿泉水才能表现出比较强的张力特性。但在太空失重环境下,液体的表面张力特性却能更加突显。
  
  王亚平把一个金属圈放进装满饮用水的自封袋,再取出时,沾在圈内的水形成了一层水膜。轻轻晃动金属圈,水膜没有破裂,只是甩出了几颗小水滴。她又往水膜表面贴上了一片画有中国结图案的塑料片,水膜依然完好。这些在地面难得一见的奇特景象,引起了同学们的连声惊叹。
  
  实验并未就此结束。王亚平继续往水膜上注水,只见它越来越厚,最后变成了一个亮晶晶的大水球。再往水球内注入空气,形成了两个气泡,既没有融合到一起,也逃不出水球的包裹。
  
  航天员寄语未来追梦人
  
  太空中的独特环境,不仅可以给人们带来奇妙的体验,还能够实实在在地为人类造福。
  
  王亚平介绍说,在失重环境下,人们能够获取结构更加均匀完整、尺寸更大的半导体晶体,有利于开展材料学基础性研究,优化和改进地面生产工艺;失重条件下冷原子钟的频率稳定度会大大提高,可以应用于高精度的卫星导航定位系统……
  
  太空实验做完了,同学们却意犹未尽。“天上的生活用水可以循环使用吗?”“您能看到太空垃圾吗?”“星星会闪烁吗?”……一个个问题连珠炮般投向3位航天员,他们则耐心地一一作答。当史家小学四年级同学邱甜问及“能否看到UFO”时,更是让航天员们忍俊不禁。“我们没有看到过UFO。但可以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。”王亚平说。
  
  不知不觉中,已经到了“下课时间”。带着彼此的眷恋,航天员们为同学们送来了太空寄语——
  
  聂海胜说:“愿同学们刻苦学习,增长知识,为‘中国梦’添彩!”
  
  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!”
  
  或许,短短几十分钟的太空授课,并不能满足孩子们对太空知识的渴求。但通过他们聚精会神的目光、发自内心的掌声,却可以看到,一颗颗热爱科学、追寻梦想、探索未知的种子,已在他们心底悄然扎根。我们也期盼着,这一颗颗梦的种子早日绽放出绚烂的花朵。

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