太空熊貓君

2022 年對于我國的航天事業(yè)尤其是載人航天工程來說，可謂意義重大。1992 年9 月21 日，我國政府決策實施載人航天工程，代號“921”工程，并確立了“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。中國航天從零起步，穩(wěn)扎穩(wěn)打，從無人飛行到載人飛行，從一人一天到多人多天，從艙內(nèi)實驗到出艙活動，從單船飛行到組合體穩(wěn)定運行……30 年來，中國載人航天事業(yè)在一代代航天人的努力下，取得了無數(shù)震撼世界的偉大成就。2022 年底，中國空間站的全面建成，標(biāo)志著“三步走”戰(zhàn)略任務(wù)正式完成。

2022 年6 月5 日，搭載神舟十四號載人飛船的長征二號F 遙十四運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射，航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲進駐中國空間站核心艙；7 月24 日下午，長征五號B 遙三運載火箭托舉著問天實驗艙一飛沖天，并成功與核心艙組合體完成交會對接；7 月25 日，神舟十四號航天員乘組進入問天實驗艙；10 月12 日下午，神舟十四號乘組在問天實驗艙內(nèi)為廣大青少年開展了一次太空授課，這也是航天員在中國空間站內(nèi)的第三次太空授課。

本次太空授課依然采用了天地互動的形式，3 名航天員為我們展示了中國空間站問天實驗艙的內(nèi)部場景，開展了許多全新的太空實驗，與地面課堂的同學(xué)們進行了互動交流。本次太空授課的地面主課堂設(shè)置在中國載人航天工程有效載荷運行管理中心，地面分課堂設(shè)置在山東、河南和云南，而太空授課的“教室”，則是中國空間站的新艙段——

問天實驗艙是中國空間站的第二個艙段，也是第一個科學(xué)實驗艙。它由工作艙、氣閘艙和資源艙組成，主要用于支持航天員的駐留、出艙活動和進行空間科學(xué)實驗。值得一提的是，問天實驗艙也是天和核心艙的備份艙，可以像核心艙一樣，對中國空間站組合體進行統(tǒng)一的管理和控制。

問天實驗艙的科學(xué)研究主要面向生命科學(xué)領(lǐng)域，里面配置了有關(guān)生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學(xué)等方面的實驗柜，支持開展植物、動物、微生物等多種類生物從分子、細胞到組織、器官的多層次研究。

“天宮課堂”第三課開課啦！航天員們?yōu)槲覀兙従彽亟议_了問天實驗艙的神秘面紗。 陳冬首先為我們介紹了問天實驗艙的睡眠區(qū)。沒錯，問天實驗艙里也設(shè)有睡眠區(qū)。一方面，問天實驗艙作為天和核心艙的備份，需要保障航天員包括睡眠休息在內(nèi)的生存生活需求；另一方面，從本次神舟十四號載人航天任務(wù)開始，航天員們要進行在軌輪換，也就是說，為了保證空間站內(nèi)時刻都有人駐留，下一組航天員進入中國空間站之后，上一組航天員才會返回地面，空間站也自然需要滿足6 個人的睡眠需求。

有趣的是，問天實驗艙的睡眠區(qū)方向與核心艙的不同。之前介紹過，天和核心艙的睡眠區(qū)是橫向的，和我們在地面上休息睡覺的床鋪沒有什么不同，而問天實驗艙的睡眠區(qū)卻是豎直的。難道航天員還可以站著睡覺嗎？還真的是可以呢！由于空間站里的重力作用極其微弱，我們在感覺上并不會有上方和下方的區(qū)別，航天員們橫躺著睡覺還是豎直地睡覺也并不會感到有什么區(qū)別。問天實驗艙的生活區(qū)同樣配備了太空廚房設(shè)備，包括熱風(fēng)加熱裝置、飲水機等。 接下來，航天員為我們逐一介紹了問天實驗艙內(nèi)的科學(xué)實驗柜：

第一個出場的是，它可以滿足航天員對樣本采集與存儲的需求。航天員也可以通過其中的設(shè)備給細胞“做手術(shù)”。

第二個出場的是，這個實驗柜主要以生命個體為實驗對象，由一個個獨立的實驗?zāi)K構(gòu)成，就像是一個個不同的小實驗室，用來研究不同的實驗對象。在這兩個實驗柜的中央，還安置了一個，用來測量艙內(nèi)的輻射水平。

隨著鏡頭的移動，我們看到了。這個實驗柜配備了各種先進的細胞培養(yǎng)和檢測儀器，主要用來研究細胞、組織和蛋白質(zhì)等生物樣本。還記得之前葉光富為我們介紹的天和核心艙里的細胞學(xué)研究嗎？這個實驗柜可以幫助航天員更加深入地研究微觀世界。

第四個實驗柜是，它的內(nèi)部由兩個轉(zhuǎn)子組成，每個轉(zhuǎn)子上面又裝載了標(biāo)準(zhǔn)的實驗?zāi)K，轉(zhuǎn)子通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，為科學(xué)實驗提供0～2倍地球重力的高精度重力模擬環(huán)境，用來開展生命科學(xué)、流體、燃燒等領(lǐng)域的科學(xué)實驗。

一名地面課堂的同學(xué)對變重力實驗柜很感興趣，他提問道：“為什么我們要在空間站里開展流體研究呢？”陳冬和劉洋對這個問題做了非常詳細的解答。

流體，可以簡單理解為沒有固定的形狀、會發(fā)生流動的物體。液體和氣體都屬于流體。在微重力環(huán)境下，流體表現(xiàn)出來的性質(zhì)與在地面時有很大的不同。最常見的流體就是水和空氣了。在之前的太空授課中，航天員們?yōu)槲覀冋故玖怂谔罩械纳衿嫣匦?。我國的運載火箭使用的是液體燃料，它在微重力環(huán)境下展現(xiàn)出的性質(zhì)與在地面上的顯著不同，地面上的結(jié)論自然也不能拿到太空中直接套用，有必要專門開展研究。

為了更好地回答這個問題，陳冬帶領(lǐng)地面課堂的同學(xué)們做了一個實驗，通過對比來展現(xiàn)流體現(xiàn)象的天地差異。這是一個經(jīng)典的毛細效應(yīng)實驗：先準(zhǔn)備3根粗細不同的塑料管和1個盛滿水的培養(yǎng)皿，然后將塑料管立在培養(yǎng)皿中。你會發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)皿內(nèi)的水會沿著塑料管上升，這就是毛細效應(yīng)。在地面課堂同學(xué)們做的實驗中，我們可以清楚地看到，塑料管內(nèi)的水面上升了，并且越細的塑料管里水面上升得就越快、越高。而在陳冬展示的實驗中，水面不僅會上升，水甚至還會從塑料管的頂端溢出來！

這是為什么呢？我們先來了解一下毛細現(xiàn)象。之前講過，液體存在著一種貼合物體表面的附著力，液體分子之間的內(nèi)聚力會產(chǎn)生表面張力，在這兩種力的綜合作用下，液體會呈現(xiàn)出流向細管或者細縫的現(xiàn)象，并且縫隙越細，這個現(xiàn)象就越明顯。正是由于這個作用，吸管中的水面才會有所上升。像我們生活中見到的干毛巾吸水、用毛筆蘸取墨汁來寫字、蠟燭內(nèi)的蠟油沿著棉線上升等，都是利用了液體的毛細現(xiàn)象。只不過，由于地面上存在重力，毛細作用無法克服重力，水面上升到一定程度就會停止。而在重力極其微弱的太空中，毛細作用將會“無所畏懼”，直到水面沖出管口，水就溢出來啦！