龐之浩

2013年6月11日，我國長征-2F遙10火箭成功把載有航天員聶海勝、張曉光和王亞平的神舟10號(hào)載人飛船送上九重天，開始了中國載人航天的新征程。按計(jì)劃，神舟10號(hào)航天員將在軌生活和工作15天，這是目前我國載人航天活動(dòng)時(shí)間最長的一次，所以航天員承擔(dān)的各類任務(wù)也最多。在這次航天飛行中，最大的亮點(diǎn)之一是女航天員王亞平于2013年6月20日成功為地面青少年進(jìn)行我國首次太空授課，從而成為我國首位太空教師，并拉開了我國太空教育的序幕。

眾所周知，在太空飛行的載人航天器內(nèi)與地面有天壤之別，最顯著的特點(diǎn)是存在地面難以模擬的長期失重環(huán)境。失重環(huán)境不僅使航天員的生活變得十分奇妙，對(duì)物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也會(huì)產(chǎn)生重要影響，并且還可以為人類造福。為此，在載人航天器上開展太空教育具有重要意義，它可以使青少年及公眾走近航天、了解航天、熱愛航天?，F(xiàn)在，載人航天的空間應(yīng)用項(xiàng)目主要包括醫(yī)學(xué)與生物學(xué)研究、生物工程、空間技術(shù)、材料科學(xué)、教育活動(dòng)、地球物理學(xué)及對(duì)地觀測(cè)等7個(gè)方面的科技研究性應(yīng)用。由此可見，太空教育已成為載人航天的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是連接青少年學(xué)生與載人航天事業(yè)的最好橋梁，因而已受到越來越多國家的重視。

太空教育有多種形式，其中在太空授課是最典型的一種方式，在那里稱得上是世界上最高的課堂，可對(duì)培養(yǎng)青少年探索太空的興趣產(chǎn)生積極影響。此前，全球只有美國女航天員巴巴拉·摩根于2007年在國際空間站上對(duì)地面青少年進(jìn)行過1次授課。

？太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)

至今，國外已利用載人航天器中得天獨(dú)厚的失重環(huán)境進(jìn)行了許多有趣的太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)，其中不少是青少年參與實(shí)施的。它有多種形式，例如：一種是科學(xué)家進(jìn)行太空實(shí)驗(yàn)時(shí)讓一些學(xué)生負(fù)責(zé)其中一些力所能及的工作，從而培養(yǎng)學(xué)生的興趣和能力；另一種是學(xué)生在有關(guān)人員的指導(dǎo)下自己提出實(shí)驗(yàn)課題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告；第3種是專家為學(xué)生設(shè)立研究課題，其中一些是為了航天工程任務(wù)的需要，讓學(xué)生參加硬件或軟件的研制，另一些是在為學(xué)生舉辦的創(chuàng)意大賽中獲獎(jiǎng)的項(xiàng)目，之后在載人航天器上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。太空實(shí)驗(yàn)的入選條件是所需要的材料和設(shè)備必須安全可靠、質(zhì)量小、體積小、功耗小、對(duì)航天員健康無影響、不會(huì)污染座艙環(huán)境等。當(dāng)然，也要具備創(chuàng)意新穎、簡(jiǎn)單可行、不需要花費(fèi)航天員很多時(shí)間等要求。

其實(shí)，早在國際空間站建造初期，駐守其間的航天員就意識(shí)到了太空生活、失重環(huán)境下的種種奇妙現(xiàn)象對(duì)于學(xué)生的巨大吸引力。所以，他們?cè)诜泵Φ墓ぷ髦鄷?huì)盡可能地抽出時(shí)間和學(xué)生交流，甚至親自做一些實(shí)驗(yàn)演示。至今，一批又一批航天員用自己的經(jīng)歷和行動(dòng)，鼓舞和啟迪著全世界數(shù)以百萬計(jì)的學(xué)生。國際空間站現(xiàn)已完成了幾十項(xiàng)學(xué)校與學(xué)生的科研項(xiàng)目，在太空開展了教學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，設(shè)置虛擬課堂和虛擬演示驗(yàn)證課。例如，把蝴蝶、蜘蛛等送到國際空間站，作為一項(xiàng)教育實(shí)驗(yàn)的一部分。2012年，美國“龍”飛船把全美多所高校學(xué)生參與的23項(xiàng)研究運(yùn)送到太空，后又帶回地面。這些學(xué)生的研究項(xiàng)目是“學(xué)生航天飛行實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”的一部分，該計(jì)劃給學(xué)生提供機(jī)會(huì)，設(shè)計(jì)微重力下物理、化學(xué)和生物學(xué)方面的研究項(xiàng)目。

太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)有多種，如材料加工實(shí)驗(yàn)、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、失重科學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)和生命實(shí)驗(yàn)、對(duì)地觀測(cè)實(shí)驗(yàn)等。這次王亞平太空授課的主要內(nèi)容是有關(guān)失重科學(xué)的實(shí)驗(yàn)，另外她還進(jìn)行了多項(xiàng)醫(yī)學(xué)和生命實(shí)驗(yàn)。

？教育演示視頻

由于太空授課的次數(shù)和時(shí)間十分有限，而太空實(shí)驗(yàn)對(duì)青少年又有很好的啟迪作用，所以上述太空實(shí)驗(yàn)除了可采用太空授課的方式進(jìn)行演示外，目前還常采用視頻傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行演示，即航天員在載人航天器內(nèi)錄制學(xué)生感興趣的太空實(shí)驗(yàn)，然后在通信信道不忙時(shí)把教育演示視頻用中繼衛(wèi)星傳輸?shù)降孛妫購V泛用于全世界的教育者進(jìn)行科學(xué)演示，學(xué)生們也可通過網(wǎng)絡(luò)直接下載航天員演示視頻。

現(xiàn)在，有的航天員在空閑時(shí)常錄制進(jìn)行太空實(shí)驗(yàn)的教育演示視頻，在國際空間站已錄制了數(shù)以百計(jì)的教育演示視頻。這些演示視頻豐富多彩，除了拍攝航天員的太空生活——睡眠、工作、科研活動(dòng)外，更多的是借助國際空間站奇妙的失重力環(huán)境和現(xiàn)有器材，進(jìn)行基本定律的演示。

制作這些視頻雖然不需要耗費(fèi)額外的能源或者特別的硬件設(shè)備，但需要至少2名航天員配合，他們一個(gè)負(fù)責(zé)攝像設(shè)備，一個(gè)負(fù)責(zé)演示。教育演示視頻已成為國際空間站一項(xiàng)成功的太空教育活動(dòng)，它只需要簡(jiǎn)單的教具和利用失重環(huán)境，就可把物體運(yùn)動(dòng)特性、液體表面張力等在地面上不容易理解的概念講得生動(dòng)有趣，并讓更多的學(xué)生參與到真正的太空任務(wù)和實(shí)驗(yàn)當(dāng)中來，接觸前沿航天設(shè)備，獲得前所未有的體驗(yàn)，極大地激發(fā)了學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造力。

？天地對(duì)話

與載人航天器上的航天員進(jìn)行視頻通話也是太空教育的一項(xiàng)內(nèi)容，意在鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)和從事科學(xué)事業(yè)。該活動(dòng)是完全免費(fèi)的公益性教育活動(dòng)，教育部門、正規(guī)和非正規(guī)教育團(tuán)體都可以提交視頻通話申請(qǐng)。航天員攜帶業(yè)余無線電臺(tái)上天與地面業(yè)余無線電愛好者聯(lián)系，幫助全球青少年了解奇妙的宇宙和空間計(jì)劃、搭載實(shí)驗(yàn)、太空生活等問題。學(xué)生們還根據(jù)軟件跟蹤載人航天器軌跡，“竊聽”航天員在載人航天器上的交談。目前，僅國際空間站就進(jìn)行了700多次業(yè)余無線電通話活動(dòng)，共有40多個(gè)國家和地區(qū)的數(shù)百萬學(xué)生參與。我國組織了4次青少年與國際空間站航天員的對(duì)話。參與視頻通話的學(xué)校一般要在當(dāng)?shù)貥I(yè)余電臺(tái)愛好者的幫助下在校內(nèi)設(shè)立一個(gè)臨時(shí)地面站，當(dāng)國際空間站從舉辦地上空飛過時(shí)，大約有10分鐘時(shí)間與地面通話。它為青少年帶來了無窮的樂趣，提高了青少年的交往、語言表達(dá)等綜合能力，開闊了他們的視野。

？中國行動(dòng)

我國已開展過多項(xiàng)太空教育活動(dòng)，例如，多次進(jìn)行“中國青少年航天飛機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方案”征集活動(dòng)，并積極參加航天飛機(jī)和我國衛(wèi)星的搭載實(shí)驗(yàn)；專門為我國青少年科技愛好者發(fā)射“希望1號(hào)”小衛(wèi)星，并啟動(dòng)了希望1號(hào)衛(wèi)星搭載方案征集活動(dòng)；多次舉辦航天夏令營和體驗(yàn)營，對(duì)中小學(xué)生進(jìn)行航天知識(shí)教育；多所高等學(xué)校學(xué)生參加航天硬件設(shè)計(jì)（如月球車）和太空實(shí)驗(yàn)；組織學(xué)生與國際空間站航天員通話等。

我國曾從全國各地征集的上萬份提案中評(píng)選出5項(xiàng)由中小學(xué)生提出的上天方案，它們是“用膠黏法控制航天飛機(jī)艙內(nèi)垃圾”、“液態(tài)混合物的凝固”、“微重力環(huán)境對(duì)草履蟲生長和繁殖的影響”、“失重環(huán)境中固—液表面間的相互作用”及“蠶吐絲結(jié)繭實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)裝置參見封面圖——編者注）”。這5項(xiàng)實(shí)驗(yàn)先后登上美國的航天飛機(jī)，但最后結(jié)局不完全相同。前4項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中除了草履蟲實(shí)驗(yàn)由于電池工作壽命限制未獲得成功外，其余3個(gè)方案都取得了很好的結(jié)果。最不幸的是第5項(xiàng)蠶寶寶實(shí)驗(yàn)，由于哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)失事，中國的蠶寶寶也“為國捐軀”了。為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生們的心愿，我國航天部門讓蠶寶寶登上了中國的第22顆人造衛(wèi)星。太空蠶回到地面后，學(xué)生們與科學(xué)家一起分析太空飛行對(duì)蠶寶寶和他們后代的影響。這是首次中國航天器搭載由孩子們自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)中國航天科技的發(fā)展具有開創(chuàng)性意義。2009年，我國發(fā)射的希望1號(hào)科普公益小衛(wèi)星為青少年裝載了3種設(shè)備——“天圓地方”五色土實(shí)驗(yàn)、攝影和無線通信，這3項(xiàng)任務(wù)均已實(shí)現(xiàn)，該衛(wèi)星目前還在運(yùn)行。我國青少年在太空教育活動(dòng)中不僅鍛煉了獨(dú)創(chuàng)能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，而且激發(fā)了熱愛航天事業(yè)、獻(xiàn)身航天事業(yè)的熱情和斗志。被采納的前4項(xiàng)航天飛機(jī)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在中學(xué)畢業(yè)后，都免試進(jìn)入北京航空航天大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)，畢業(yè)后有的學(xué)生還加盟到中國航天的隊(duì)伍中。因此，這項(xiàng)活動(dòng)的意義已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了它的本身，它為中國的航天事業(yè)培養(yǎng)了接班人。

簡(jiǎn)言之，太空教育有多種方式，如辦太空教育網(wǎng)站，為學(xué)生設(shè)立由學(xué)生獨(dú)立完成的實(shí)驗(yàn)，在教室中完成太空實(shí)驗(yàn)，參加國家研究實(shí)驗(yàn)，參加航天工程活動(dòng)，用載人航天器開展教育性示范活動(dòng)，舉行學(xué)生載人航天器應(yīng)用創(chuàng)意大賽和太空美術(shù)展覽，讓學(xué)生乘失重飛機(jī)體驗(yàn)失重，為月球、火星和小行星設(shè)計(jì)登陸機(jī)器人和人探測(cè)方案等。