天宫课堂太空抛物实验原理

10月12日15时45分，“天宫课堂”将再次开启，神舟十四号飞行乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲将面向广大青少年进行太空授课。中央广播电视总台将面向全球进行现场直播。“天宫课堂”推出以来，已经成功举行了两次太空授课，那么“天宫课堂”到底是怎么备课的？本次的“天宫课堂”与以往有何不同？什么样的实验项目才能入选？不同的课程设计有何讲究？

中国航天员邀请青少年朋友同步天地做实验

“天宫课堂”第三课的具体课程有哪些？

本次太空授课活动将继续采取天地互动方式进行，3名航天员将在轨介绍展示中国空间站问天实验舱工作生活场景，演示微重力环境下毛细效应实验、水球变“懒”实验、太空趣味饮水、会调头的扳手，以及植物生长研究项目介绍，并与地面课堂进行互动交流，旨在传播普及载人航天知识，激发广大青少年对科学的兴趣。

“天宫课堂”推出以来，已成功举行了两次太空授课，取得了良好的社会反响。在前期开展的授课内容征集活动中，社会各界特别是广大青少年通过新闻媒体、“学习强国”平台和载人航天工程官网踊跃建言献策，不少好的创意设计脱颖而出，将在此次授课及后续活动中陆续进行展示。

中国航天员真诚邀请广大青少年在地面同步尝试开展相关实验，从天地差异中感知宇宙的奥秘、体验探索的乐趣。

“天宫课堂”怎么备课？

“天宫课堂”第三课将于12日下午正式开讲，那么“天宫课堂”是如何备课的呢？

“天宫课堂”授课专家组成员 北京交通大学副教授 陈征：多个领域的专家参与了“天宫课堂”备课，包括航天系统的专家、高校教师与科研人员、中小学老师等。“天宫课堂”开课前，航天员需要反复测试保证实验效果，他们把测试结果反馈给地面的专家组，对内容进行反复确认和沟通。大家看到的授课内容只有几十分钟，但实际上准备过程很长。

两舱接力 本次“天宫课堂”与以往大有不同

本次中国空间站“天宫课堂”与以往大有不同，不光是“主讲老师”由神十四航天员乘组首次担任，授课环境也有了很大的变化，究竟有哪些不同呢？

“天宫课堂”的“讲堂”在以往天和核心舱的基础上，新增了问天实验舱，这样“太空教师”的活动范围更大了，相应在直播当中用到的摄像机机位和保障设备变得更多，地面调度的操作也更加复杂。

北京航天飞行控制中心通信调度 原旭东：我们采用了问天舱和天和舱两舱切换跟踪的模式，每个舱都可以下传同样的摄像机（图像），包括话音。通过两舱的话音级联、图像下传，确保整个（太空授课）图像话音流畅。两舱接力过程中，为了保障授课效果，我们也是精心设计，再结合授课脚本进行图像话音切换。

“天宫课堂”的直播信号主要通过“天链”中继卫星回传到地面。在这次的太空授课中，飞控团队也首次采用了双中继卫星分别跟踪的方式，确保图像话音稳定回传。

北京航天飞行控制中心通信调度 原旭东：一颗天链中继卫星跟踪问天实验舱，另外一颗中继卫星跟踪天和核心舱，两个跟踪弧段是有交叠的，首先问天实验舱进行图像话音的下传，然后在中间两个星的搭接弧段，我们择机进行图像话音的切换。

为确保回传到地面的图像话音稳定流畅，科技人员也制定了周密的方案预案，所有的努力都是为了向广大青少年呈现一堂精彩的太空授课。

北京航天飞行控制中心通信系统工程师 孙宇：在设备层面，图像和话音传输都采用了主备份的实施方案，在链路传输上也采用了专线和联通线路的双备份方式。此外还采用央视光端机作为第三路由，进一步提高图像话音质量和传输的可靠性。

什么样的实验项目才能入选天宫课堂?

中国航天员科研训练中心航天员训练教员 石玉生：我们在选择实验项目的时候，主要有以下几点考虑：第一是天地的现象差异一定要显著，第二是科学原理要清晰，第三是整个的视觉效果要好，要具有传播性，能够起到真正的科普效果。这次授课，相比前几次授课有了进一步的创新，首先就是航天员老师将在全新的问天实验舱段授课，演示天地迥异的实验现象，进一步激发同学们对于日常现象的思考；同时还将首次展示空间站植物研究项目的科学实验操作，进一步展现我们国家的空间站作为国家太空实验室的强大科研能力。

“天宫课堂”第一课 太空科普真精彩

回顾一下之前的两次“天宫课堂”。去年12月9日，“天宫课堂”第一课开讲，当时在轨飞行的神舟十三号乘组的翟志刚、王亚平、叶光富给广大青少年带来一场精彩的太空科普，太空转身、水膜张力、泡腾片实验等演示让同学们大开眼界。

授课中，航天员介绍展示了空间站工作生活场景，演示了微重力环境下细胞学实验、人体运动、液体表面张力等神奇现象，并讲解了实验背后的科学原理。

在不借助外力的情况下，采用“游泳”的姿势或使用吹气的方法，都无法实现转身自由。而当举起手臂画圈时，便可以缓慢朝某一方向转身。

在浮力消失实验中，航天员王亚平将乒乓球放入水中，用吸管将它推动到水面以下，乒乓球没有像在地球上一样快速浮上水面。

在水膜张力实验中，王亚平制作了一个水膜，当王亚平把美丽的纸花放在水膜上时，花朵在太空中绽放开来。

在水球光学实验中，王亚平向水球中注入气泡，水球中形成了一正一反两个人像。

在泡腾片实验中，王亚平向注入蓝色颜料的水球中放入泡腾片，泡腾片入水后产生大量气泡。

“天宫课堂”第二课 “冰雪 顶流”齐上阵

今年3月23日，神舟十三号航天员又给我们带来了“天宫课堂”第二课，太空“冰雪”实验、太空抛物实验等又一波展示让同学们记忆深刻。

在约45分钟的授课中，航天员演示了微重力环境下太空“冰雪”实验、液桥演示实验、水油分离实验、太空抛物实验，讲解了实验现象背后的科学原理，还展示了部分空间科学设施。

在太空“冰雪”实验中，过饱和乙酸钠溶液球是飘浮在空中的，是在悬浮条件下完成的结晶变化，产生的外形和结晶的结构不受重力影响。

在液桥演示实验中，向同学们演示失重环境下水的表面张力作用。

在地面上，水和油装在一个容器里，会自然分层，在空间站又会怎样呢？可以看到，水和油并没有自然分层，不过，航天员叶光富快速旋转小瓶，水和油在离心作用下实现了分层。

在太空抛物实验中，王亚平和叶光富相对抛出冰墩墩，冰墩墩并没有像在地面那样很快落地，而是沿原有方向做着近似匀速直线运动。在空间站微重力的环境下，物体运动几乎不受重力的影响。

太空授课已开展多次 课程设计有何讲究？

“天宫课堂”推出以来，已经成功举行了两次太空授课，“天宫课堂”第三课的课程表也已经公布了，那么几次太空课程中不同的课程设计有何讲究？

“天宫课堂”授课专家组成员 北京交通大学副教授 陈征：“天宫课堂”第一课主要面向小学生，注重趣味性。“天宫课堂”第二课主要面向初中生，向下辐射小学生，向上辐射高中生和全社会的爱好者 ，有关空间科学实验的内容增加了，在保持趣味性的同时，让大家了解科学家在上面干什么，科学实验做什么。“天宫课堂”第三课将更深入更立体，参与性更强。

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