“太空探索永無止境，同學們好！”
隨著熟悉的開場白傳來，天宮課堂第三課10月12日在中國空間站開講。神舟十四號飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲依次“飛”到鏡頭前，面向廣大青少年進行太空授課，來自全國的中小學生共同觀看了這堂太空科普課。
相比前兩次天宮課堂，此次“解鎖”了一個全新且更加寬敞的“太空教室”——問天實驗艙。此次太空授課的第一個環節，就是向同學們介紹全新的“教室”。
(資料圖)
問天實驗艙于7月24日發射升空，是中國空間站“天宮”的組成部分。該實驗艙由中國航天科技集團五院抓總研制，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，約為6層樓高，是全世界現役最大單體載人航天器，也是中國空間站首個實驗艙段。
跟隨蔡旭哲的鏡頭，首先映入眼簾的是問天實驗艙的“站立”睡眠區，艙壁上貼著蔡旭哲與家人的合影。
“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；但在微重力環境下，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。”劉洋說。
通過鏡頭，航天員對工作生活場景進行了展示，并介紹了問天實驗艙所搭載的實驗柜等設施設備。其中，生命生態科學實驗柜引發孩子們的關注。
這個實驗柜就像動植物的“太空旅館”，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，用于探究太空中的微重力和輻射對生物個體生長、發育與衰老的影響。
劉洋以其中的水稻為例，經過70多天的生長，水稻已經從飽滿的種子變成了水稻植株。不過，它們的樣子看起來“東倒西歪”。這主要是因為失去了重力的刺激，水稻的生長方向也變得雜亂無章了。
“我們在空間站種植的水稻、小麥都展示了勃勃生機，期待在空間站收獲自己種植的稻米。或許未來在月球、火星，也能實現袁隆平院士的‘禾下乘涼夢’。”陳冬說。
“太空旅館”除了培育水稻，還“住著”擬南芥。陳冬利用科學手套箱為大家展示了擬南芥剪株操作，據他介紹，“小南”非常適應太空生活，長勢很好，未來會將這些采集到的“小南”樣品帶回地球研究。
陳冬說，“除了種植擬南芥和水稻，在生命生態實驗柜下面的‘房間’，還可以養殖斑馬魚、線蟲等動物。”
鏡頭轉向生物技術實驗柜。這個實驗柜相當于太空中的一個小型生物實驗室，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，里面配置了各種先進的細胞培養和檢測儀器。
“它最厲害的地方是‘全自動’——航天員只需將實驗單元裝載到實驗模塊中，啟動實驗，就可以開展細胞的增殖分化等實驗，并且可以像看電影一樣，實時觀察細胞樣品的變化過程。”陳冬說。
相比于上一個“太空教室”天和核心艙，問天實驗艙擁有更大的教學空間。當天，3名“太空教師”還在這里演示了水球變“懶”實驗、太空趣味飲水、“會調頭的扳手”等神奇現象。
中國航天科技集團五院空間技術實驗分系統主任設計師李喆介紹，作為我國空間站的首個實驗艙，問天實驗艙擁有強大的空間科學實驗能力，不僅艙內實驗能力比天和核心艙大幅提升，還能夠開展大規模艙外實驗。
“問天實驗艙裝載了8個實驗柜、22個艙外載荷適配器，就像是把一個大型科學實驗室搬到了太空。”李喆說。
事實上，問天實驗艙不僅僅是空間站上的第二個“太空教室”，也是空間站的重要保障，讓中國空間站的在軌運行風險更加可控，在軌長壽命運行更加可靠。
雖然“太空教師”們處于距地面400公里的中國空間站，但在天地連線中，這堂課畫面圖像清晰、語音清脆響亮，3名航天員也能清楚地看到地面課堂內孩子們的一舉一動，進行實時課堂互動。李喆說，在“天”與“地”順暢連通的背后，空間站測控與通信分系統發揮著重要的保障作用。
其第一個作用，就是為太空授課配備了圖像話音的采集和通信設備，這些設備能夠采集航天員授課的畫面和聲音、記錄課堂實況，通過通信設備將其傳到地面。第二個作用是提供天地鏈路的保障，太空中采集到的課堂畫面和聲音通過天鏈中繼系統和中繼終端產品搭建起來的“太空天路”傳輸到地面，地面上拍攝到同學們的反應也能實時傳輸到空間站，實現雙向傳輸。
李喆介紹，實驗柜采集到的數據不僅數據量巨大，而且許多都需要實時傳輸，這就對通信傳輸能力提出了更高的要求。研制團隊用光纖在艙內打造了一個帶寬更大、速率更快的局域網，即載荷網。大量的實驗數據通過載荷網匯集到艙上的中繼天線終端，通過中繼衛星傳到地面，便于科研人員開展后續研究。
當前，天和核心艙和問天實驗艙處于“L”構型，在飛行姿態的約束下，此次太空授課期間的測控由兩個艙段接力完成，實現了“太空天路”無縫銜接。
測控團隊特別設計了一體化的“數據代傳”的飛行程序：授課的前半段由問天實驗艙跟蹤中繼衛星，后半段由天和核心艙跟蹤另一顆中繼衛星，而在中間兩艙同時跟蹤不同中繼衛星的階段，通過數據代傳讓兩艙實現信息并網連通，完成“無縫接力”，從而實現了連續測控，保障太空授課的順利進行。
“天宮課堂”授課專家組成員、北京交通大學副教授陳征表示，第一次太空授課在實驗設計上更加注重趣味性，首次揭幕太空教室，主要面向小學生等低年齡群體。第二課在空間科學實驗內容上有所增加，讓更多人深入了解航天員在空間站的工作。從面向的群體來看，轉向初中生。第三課授課內容更加深入、更加立體，同學參與程度更進一步。
約50分鐘的太空授課，在天地互動中很快過去，授課接近尾聲。
“我們在金秋十月一起度過了一段精彩時光，不久后，我們的夢天實驗艙就要發射入軌，到時我們將見證中國空間站全面建成的歷史時刻。我們非常期待同學們在未來可以把我們的太空家園建設得更好！”陳冬說。
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