中央紀委國家監委網站 柴雅欣 自北京地面主課堂報道

10月12日，“天宮課堂”第三課在中國空間站開講。圖為航天員現場展示水稻“吐水現象”。 （圖片來源：視覺中國）

一面是璀璨耀眼的藍色星球，一面是廣闊無垠的浩瀚星辰。在這裡，每天要經曆16次日升日落，重力、浮力等物理規律颠覆“常識”，數不盡的科學奧秘等待被探索、發現。

這裡，是中國空間站。10月12日下午，神舟十四号乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲進行了“天宮課堂”第三次太空授課，這也是中國航天員首次在問天實驗艙内進行授課。微重力環境下毛細效應實驗、水球變“懶”實驗、太空趣味飲水、會調頭的扳手、植物生長研究項目介紹……來自全國各地的青少年，一同收看了這場來自400公裡之上的奇妙科學課。

“天宮課堂”首次在問天實驗艙開課，揭秘多個科學實驗櫃

在中國科學院空間應用工程與技術中心地面主課堂的大屏幕上，實時畫面從繞着藍色地球飛行的空間站轉換到了寬敞明亮的問天實驗艙。

“太空探索，永無止境。同學們好，我是神舟十四号任務乘組指令長陳冬，今天很高興能夠在我們的問天實驗艙與大家一起，繼續探索科學奧秘！”陳冬首先和同學們打起招呼，劉洋、蔡旭哲也依次“飛”到鏡頭前，站成一排集體亮相，地面課堂響起熱烈的掌聲。

本次“天宮課堂”與以往不同，不隻是“主講老師”由神舟十四号航天員乘組首次擔任，還首次啟用問天實驗艙這間“新教室”。

今年7月24日，問天實驗艙搭乘長征五号B遙三運載火箭，在文昌航天發射場發射升空。問天實驗艙由工作艙、氣閘艙及資源艙三部分組成，艙體總長17.9米，直徑4.2米，重量達23噸，是全世界現役在軌最重的單艙航天器。

陳冬和劉洋帶同學們逛起了“新教室”，首先來到的是“站立”睡眠區。

“問天實驗艙睡眠區的方向和核心艙是不同的，核心艙是橫向的，而問天實驗艙則是縱向的，在地面我們可沒辦法這樣睡覺！”劉洋解釋道，在微重力環境下，航天員在任意方向睡眠的感覺都一樣，因此可根據設計需要來安排睡眠區方向。

在問天實驗艙的生活區，航天員還展示了太空廚房設備、太空自行車、衛生間等設施。問天艙集平台功能與試驗載荷功能于一體，具備獨立支撐乘組在軌生活保障能力，還有完整的控制系統。“如果天和核心艙遇到緊急情況，問天實驗艙可以作為整個空間站的核心接管控制好。”劉洋說。

介紹完問天實驗艙的生活功能，接下來就是“重頭戲”——科學實驗部分。作為中國空間站三大艙段中的第二艙段，也是中國空間站的首個實驗艙段，問天實驗艙擁有強大的空間科學實驗能力，實驗項目以生命科學和生物技術研究為主，其裝載的8個實驗機櫃、22個艙外載荷适配器，相當于把一個大型科學實驗室搬到了太空。

随着劉洋的指引，同學們的目光鎖定在生命生态實驗櫃上。“實驗櫃由一個個像小房間一樣的模塊組成，每個房間對應不同的研究對象，仿佛是動植物的‘太空旅館’。”劉洋介紹，這是以生物個體為研究對象的實驗平台，研究成果可以幫助我們未來在月球乃至火星實現長期生活。”

鏡頭轉向生物技術實驗櫃。據陳冬介紹，它主要是以細胞、組織、蛋白質等生物樣品為對象進行研究的科研設備，裡面配置了各種先進的細胞培養和檢測儀器，相當于一個小型的“太空生物實驗室”。

“現在在我右手邊的是電重力實驗櫃，它能夠為科學實驗提供高精度模拟重力環境。”劉洋打開了櫃門，實驗櫃裡有兩個圓盤，叫做轉子，每個轉子上面都裝載了标準的實驗模塊。通過調節圓盤轉速，利用離心作用，就可以在空間站為科學實驗提供長期的穩定的0.01g-2g高精度模拟的重力環境，開展包括生命科學、流體、燃燒等多項科學實驗。

天地共播一粒種，把真正的科學實驗引進“天宮課堂”

本次太空授課的一大亮點，是“直播”空間站科學實驗——航天員收集拟南芥和水稻樣品的操作過程。

今年9月，“天地共播一粒種”——青少年與航天員一起種植物科普活動舉行，航天員與地面學生一起澆水播種了拟南芥，為本次天宮課堂做“課前準備”。

在雲南分課堂上，來自雲南大理州實驗小學的學生向航天員老師彙報了地面拟南芥的生長情況：9月9日，同學們播下了拟南芥實驗組早開花型和對照組野生型兩類種子，并且每日定時進行觀察記錄。過了3天，對照組和實驗組的“小南”（拟南芥）都先後發芽了，芽非常小，呈橢圓形；又過了10天，實驗組的生長速度明顯超過了對照組，先長出了第四對葉子。10月3日，孩子們驚喜地發現，實驗組的拟南芥開出了小白花。

那天上的“小南”還好嗎？實驗前，陳冬戴上了我國空間站的首個混合現實（MR）眼鏡。在它的幫助下，航天員可以更輕松高效地完成工作。

開課前，陳冬已提前将“小南”從“太空旅館”轉移到了科學手套箱。這個手套箱能提供潔淨密閉空間和溫濕度環境控制，為航天員操作多學科實驗樣品提供支持。未來，這裡還會安裝一台靈巧機械臂和一套顯微操作系統，在他們的共同配合之下，就可以進行細胞穿刺等高精度操作。

陳冬雙手伸入了科學手套箱。透過眼鏡，科學手套箱中的畫面呈現在直播畫面上。

“開啟拍照！”“發送圖片！”通過語音口令，陳冬先給6個種植孔中的拟南芥拍了照片，并将圖片傳送給地面的科學家。之後，陳冬開始采集樣品——先把凍存管的蓋子打開，拿起小剪刀，把樣品從種植孔裡削出來，放入管中。稍後，這些凍存管會被放到科學手套箱下方的低溫存儲裝置的-80℃存儲區，将來帶回地球交給科學家研究。

在問天艙的生命生态實驗櫃裡，除了拟南芥，還培育了另外一種植物——水稻。經過70多天的生長，水稻種子已經長成了一棵棵水稻植株。這次實驗一個重要的目标，就是要實現水稻從種子到種子全生命周期的培養。

隻見劉洋手中的生長盒裡，住着高杆和矮闆兩種水稻。“在水稻培育過程中，我們發現了一個奇特的現象。剛剛萌發的水稻葉上出現了一個晶瑩的小水滴，并且小水滴會越變越大，直到貼到了生長盒的壁上。”劉洋說，這是水稻的“吐水現象”。在地面上，剛剛萌發的水稻葉尖上也會“吐水”，不過在微重力環境中更容易觀察得到。

在空間站，植物面臨的最大挑戰就是微重力環境，而這也體現了太空實驗的獨特優勢。中國科學院分子植物科學卓越創新中心鄭慧瓊研究團隊承擔了“微重力條件下高等植物開花調控的分子機理”生命科學實驗項目。

微重力怎樣影響開花？微重力影響植物開花的分子機理是什麼？能否利用微重力環境作用來控制植物的開花？這3個關鍵科學問題，有待在問天艙裡得到回答。

把真正的科學實驗引進“天宮課堂”、把研究貫穿到太空授課當中，正是第三課的最大亮點。中國科學院空間應用工程與技術中心研究員張偉告訴記者，與前兩次相比，此次授課内容更加深入立體，參與性強。“同學們在地面種植和空間站中一樣的植物種子，觀察它們成長，并和在空間站中生長的植物對比，探尋開花的機理。這相當于把科學研究貫穿到了太空授課當中，讓大家知道科學家怎麼做研究、在太空怎麼做研究，而不是單純地演示現象。”

天地互動無縫銜接，集中體現我國航天科技的進步與創新

“‘天宮課堂’第二課的時候，我還在上小學六年級，是在學校教室裡看的。”北京市中科啟元學校初一的趙同學告訴記者，這次來到地面主課堂，可以互動提問，感覺“離航天員特别近”。

在約400公裡高度地球軌道上的一堂課，畫面清晰流暢、同學們與航天員的天地互動無縫銜接，還能讓同學們感到“特别近”，這需要強大的航天技術支撐，集中體現了我國航天科技的進步與創新。

實現太空授課的一個難點，是需要對中國空間站進行長時間持續測控，而受地球的曲率影響，依靠傳統的測控站點很難獨立達到這一要求。北京空間信息傳輸中心總工程師單長勝告訴記者，中繼衛星系統覆蓋範圍廣、傳輸速率高，在它的支持下，我們不僅可以達到對空間站組合體持續測控的目的，還可以幫助航天員與地面進行雙向音視頻通話、在艙内使用WiFi等。

2013年，成功實現三星組網的一代中繼衛星系統，順利保障了我國第一次太空授課。9年時間裡，我國中繼衛星系統運行更加成熟、技術手段愈發先進、保障能力大幅提升，随之而來的便是質量更佳、頻次更高的“天宮課堂”。

2021年至2022年，兩代多顆中繼衛星又圓滿保障了三次“天宮課堂”。在此次約50分鐘的授課中，北京空間信息傳輸中心調用“天鍊一号”03星和“天鍊二号”01星，為中國空間站組合體提供天基測控與數據中繼服務，搭建起天地往返的“信息天路”，實現地面與艙内航天員之間話音、圖像的雙向傳輸，為太空授課的順利進行提供了穩定可靠的數據傳輸支撐。

“天宮課堂”在以往天和核心艙的基礎上，新增了問天實驗艙。航天員的活動範圍更大，在直播當中相應用到的攝像機機位和保障設備變得更多，地面調度的操作也更複雜。

“我們采用了問天艙和天和艙兩艙切換跟蹤的模式，每個艙都可以下傳同樣的攝像機圖像和話音。通過兩艙的話音級聯、圖像下傳，确保整個太空授課圖像話音流暢。”北京航天飛行控制中心通信調度原旭東說。

“‘天宮課堂’連續開講，彰顯着我國航天技術的日益強大，見證着我國天基測控事業的不斷進步。”單長勝說。

中國空間站即将建成，播下更多太空夢想的種子

看似簡單的實驗，背後有着不簡單的原理。

在水球變“懶”實驗中，劉洋演示了紫色水球從“活躍”到“懶惰”的過程。她先用注射器噴出空氣沖擊水球，可以看到水球震動劇烈。在水球中加入一顆空心鋼球後，再用同樣的力度沖擊水球，水球的震動竟神奇地變小了。

小球的加入為何讓水球震動發生變化？“水球變‘懶’屬于流體領域的一個實驗，實際上和彈簧的機理一樣，相當于物體質量變大後慣性也變大，震動的幅度和頻率都會降低。”張偉說。

事實上，在地面上的水裡放一個球，水的震蕩也會減緩；挑水時，在水桶表面放一片荷葉，也用到了這個原理。該實驗原理在航空航天中也非常重要，比如航天器分離時加速度比較大，這時會用到顆粒阻尼器，它具有吸能作用，以減少航天器和人受到的沖擊。

這個問題也引起了趙同學的好奇心。“航天員老師沒有揭開謎底，我準備回去好好研究一下。”

天地共播一粒種，每當“最高”課堂開講，總能在孩子們心裡播下科學的種子。它的意義遠不隻課堂上講授的内容，令孩子們長久回味的，還有對浩瀚宇宙的無限向往。

2021年12月9日，我國首個太空科普教育品牌“天宮課堂”第一課正式開啟。作為國家重要的太空實驗室，空間站被賦予了新的意義，成為太空科普教育基地，激發青少年對科學和航天事業的熱愛。

“‘天宮課堂’在新時代科學普及、青少年科學教育和科學素質培養方面發揮着不可替代的作用。”在太空授課科普專家組成員、北京交通大學物理國家級實驗教學示範中心副教授陳征看來，喚起青少年的好奇心，引導他們關心、喜愛、投身科學，為科學事業發展培育後備人才隊伍，事關國家發展和民族複興，是航天人、科技和教育工作者乃至全社會的共同使命。

從世界範圍看，太空教育已成為連接青少年與載人航天事業的重要橋梁，受到越來越多國家的重視。“載人航天、深空探測等航天活動具有投資大、回報周期長的特點，但科學價值、科普價值無可替代，因此‘太空課堂’可以說是航天大國的‘必開課’。”國際宇航聯空間運輸委員會副主席、中國航天科工集團二院研究員楊宇光告訴記者，在激發青少年的科學探索精神，赢得社會公衆對太空科學事業的支持等方面，中國空間站具有得天獨厚的優勢。

今年，中國載人航天工程将完成空間站在軌建造任務。我國空間站第二個實驗艙夢天艙即将在不久後發射，對接天和核心艙、問天實驗艙，形成三艙組合體，正式迎來空間站建成的曆史時刻。

談及未來在夢天艙的“天宮課堂”計劃，張偉充滿期待：“夢天實驗艙主要面向微重力科學研究，配置了流體物理、材料科學、燃燒科學、基礎物理等多學科方向的實驗櫃。除了這次的植物實驗，我們還可以結合物理化學實驗，比如，利用流體實驗櫃研究地面的沸騰和太空的沸騰有什麼區别，呈現出背後的規律，這會很有意思！”

今年是載人航天工程立項30周年。三十年歲月荏苒，幾代航天人開拓創新，星辰大海留下了越來越多中國人的印記。作為我國規模最大、科學支持能力最強的空間設施，中國空間站将在我國科技強國建設的曆史進程中貢獻巨大力量，為未來我國開展近地以遠的載人空間探索提供深厚的科學積累。

為滿足載人航天工程後續飛行任務需要，我國第四批預備航天員選拔工作已于近期啟動。“請問我應該怎樣做才能成為一名合格的航天員呢？”下課前，一位來自北京的同學向三位航天員提出了最後一個問題。

“我非常非常開心能聽到這樣的提問，希望今天的‘天宮課堂’也能夠在更多的同學們心裡種下航天的種子。”陳冬回答。

心懷山海，眼有星辰，夢想的種子終會結出豐碩的果實。

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