撰文 | 龐之浩

中國首個太空科普教育品牌“天宮課堂”第一課，將在明天下午15：40開始，神舟13號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富將在中國空間站核心艙內進行太空授課，現已吸引了億萬目光和期待。

本次太空授課活動採取天地互動方式進行，在中國科技館設定地面主課堂，在廣西南寧、四川汶川、香港、澳門設定地面分課堂。屆時3名航天員將在軌介紹展示中國空間站工作生活場景，演示微重力環境下細胞學實驗、浮力消失實驗、水膜張力實驗、水球光學實驗、泡騰片實驗等物體運動、液體表面張力等現象，並與地面課堂進行實時交流。

空間站作為國家太空實驗室，也是重要的太空科普教育基地，蘊含著得天獨厚的豐富教育資源，對激發社會大眾特別是青少年弘揚科學精神、熱愛航天事業具有特殊優勢。

早在2013年6月20日，神舟10號航天員王亞平在聶海勝、張曉光協助下在天宮1號目標飛行器內進行了中國首次太空授課，當時全國6000餘萬中小學生觀看授課直播，產生巨大社會反響，在一代人心中播下追逐航天夢想的種子。

中國首次太空授課的地面課堂

01

得天獨厚很奇妙

眾所周知，在太空飛行的載人航天器內與地面有天壤之別，最顯著的特點是存在地面難以模擬的長期失重環境。在那裡人人好像都會輕功，可以像游泳一樣隨意飄來飄去；航天員各個均能成為大力士，可毫不費力的舉起任何東西，甚至能輕鬆表演“一指禪”；他們的睡覺也不分上下，可以站著睡，也能倒立睡，高興時還可不固定睡袋，當一回“夜遊神”；吃東西時也能像小鳥一樣，把食物放在空中後用嘴去接著吃……

當然，失重環境也給航天員搞個人衛生帶來麻煩，如刮鬍子、理髮等都不容易，尤其是上廁所要使用抽氣馬桶，它需透過大量訓練才能熟練掌握，使用太空馬桶時要小心翼翼，否則會出現災難性的“天女散花”。

神舟11號航天員景海鵬在天宮2號內失重環境中演示漂浮

太空人都是

“大力士”

在載人航天器內的失重環境中，液體中密度不同的成分不會發生沉澱和對流；水和蠟燭燃燒都會呈球狀；許多成語比如：腳踏實地、飛流直下、危如累卵和搖擺不定等成語在失重環境中都不適用了，在那裡水不再往低處流，甚至可以用竹籃也可以打水。

利用失重環境，開展太空科學研究對人類社會的發展等能起到積極的促進作用，甚至出現質的飛躍。例如，在失重環境中混合物可以均勻地混合，由此能製成地面上不能得到的特種合金；也能製成一種新的泡沫金屬，其基本原理是在液態金屬中通以氣體，失重環境可使氣泡不“上浮”，也不“下沉”，均勻地分佈在液態金屬中，凝固後就成為泡沫金屬，這樣就能製成輕得像軟木塞似的泡沫鋼，用它做機翼又輕又結實。

再如，失重環境可使熔化了的金屬的液滴形狀呈絕對球形，冷卻後可以成為理想的滾珠，非常耐磨損，而在受重力的影響地面上很難製造出絕對球形的滾珠。

又如，在太空生產的半導體和蛋白質的晶體都比在地面生長的體積更大、純度更高、更加均勻、沒有缺陷，有望引起電子技術的重大突破，等等。

“國際空間站”上進行的一個實驗：在一個水膜上結晶氯化鈉

所以，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、瞭解航天、熱愛航天，激發孩子們對科學的興趣，開拓他們的眼界，從而對航天更加嚮往。

美國航空航天局已把太空教育確定為自己的三大使命之一。其三大使命是：“理解並保護我們賴以生存的行星；探索宇宙，找到地球外的生命；啟示我們的下一代去探索宇宙”。美國航空航天局要求在其各項任務中都要加入太空教育的內容，並每年為此投入1億～1。5億美元經費。

現在，“國際空間站”的空間應用專案主要包括醫學與生物學研究、生物工程、空間技術、材料科學、教育活動、地球物理學及對地觀測等7個方面的科技研究性應用。由此可見，太空教育已成為載人航天的一項重要內容，是連線青少年學生與載人航天事業的最好橋樑，因而已受到越來越多國家的重視。

美籍華裔航天員盧傑演示失重環境下水滴的形狀，盧傑和水滴的映象同時出現在照片中，很有趣

02

世界最高的課堂

太空教育有多種形式，其中在太空授課是最典型、最直接的一種方式，在那裡稱得上是世界上最高的課堂，可對培養青少年探索太空的興趣也產生了積極的影響。

美國女航天員巴巴拉·摩根曾於2007年在“國際空間站”上對地面青少年進行過世界第一次太空授課。摩根是美國首名太空女教師克麗斯塔·麥考利夫的替補，麥考利夫於1986年在乘挑戰者號上天時因太空梭爆炸而犧牲了。2007年摩根實現了麥考利夫未完成的遺願，在太空利用失重環境向學生授課，產生了較大影響。

在摩根的太空授課活動中，一個學生想了解航天員是如何在太空中鍛鍊身體的，摩根沒有直接回答，而是將身旁2個身材魁梧的航天員舉了起來，一手一個，並裝出一副很吃力的樣子。另一個學生想知道如何在太空喝水，摩根便從一個特製的飲水袋中擠出幾個水珠，然後她和同事們用嘴接住四處飄動的水珠併吞下去。學生問摩根，航天員在太空中如何保持個人衛生，摩根馬上往自己的臉上噴射肥皂水，演示她是怎麼洗臉的；另一個航天員還演示瞭如何刷牙：漱口水需要吐到專用毛巾上，因為在太空微重力環境下，水不會往低處流。

美國太空女教師巴巴拉•摩根在太空表演空翻

2013年6月20日，神舟10號航天員王亞平在天宮1號內透過電視直播的形式進行了約40分鐘的太空授課。這是中國第1次、世界第2次太空授課。

王亞平圓滿向地面的全國青少年進行了質量測量、單擺運動、陀螺、水膜和水球共5項太空科學實驗，展示了失重環境下物體運動特性、液體表面張力特性等特殊物理現象，從而激發了青少年的興趣，加深了對質量、重量以及牛頓定律等基本物理概念的理解，對太空有了更深刻的認識。

中國太空女教師王亞平在天宮1號內演示物理實驗

由此不難看出，中國的太空授課與美國的太空授課有明顯的差異，美國太空授課的內容是介紹和演示太空生活，而中國太空授課的內容是介紹和演示物理概念，所以中國太空授課的科技含量較高，但難度也較大。

2013年6月13日，世界第一位太空女教師摩根致信即將在天宮1號上授課的女航天員王亞平：“親愛的王亞平：在你環繞地球而行並準備從太空授課之際，我代表全世界的教師和學生向你致以榮耀和愛的問候。我們為你驕傲。我們希望你和你的乘員組同事平安和成功。你在那裡一定非常忙碌，但請記得花些時間望向窗外。中國和這個世界美麗迷人。您真誠的芭芭拉·摩根”。

摩根對記者說：“學生們正在熱切盼望著這次太空授課，正如我一樣。” “教育太重要，太空探索太重要，希望這一課程能夠透過網際網路全程播放，好讓全世界都可以看到”。摩根也指出，因為太空教師與學生不在一個房間，所以在太空授課一定會面臨一些挑戰，但她相信王亞平“一定會非常出色地完成這項任務”。

2013年6月20日，王亞平在結束太空授課後，立即從天宮1號透過電子郵件給摩根發了回信，信中寫道：

“親愛的芭芭拉·摩根女士：在遙遠的太空收到您的來信，我和我的同事感到很高興，謝謝您對我們的關心和祝願，對您為世界載人航天和教育事業做出的貢獻表示敬佩和敬意。今天，我們順利完成了太空授課活動，與億萬中國學生一起分享了太空的神奇和美妙，收穫了知識和快樂，希望您和世界各地的教師、學生看到後能夠喜歡。飛行期間，我經常會透過舷窗遙望我們美麗的家園。太空寄託著人類美好的嚮往，知識是走向太空的階梯。我們願與您一道為開啟全世界青少年朋友熱愛科學、探索宇宙的夢想共同努力。”

王亞平老師在天宮1號上演示單擺物理實驗

中國首次太空授課大放異彩。不過，它也來之不易。為了準備這堂太空授課的內容，專門成立了太空授課專家組。

太空授課專家組

先後研究了“竹籃打水”、“乒乓球”

（展示伯努利原理）

、“迴旋鏢”、“溜溜球”和“跳繩”等20多種方案。然後根據“科學性、教育性、趣味性、可行性、可視性、即時性、操作性和安全性”等原則，經過集思廣益、反覆篩選、嚴格論證，最終確定進行2個方面的物理實驗，即物體運動特性和液體表面張力。

具體實驗包括質量測量、單擺運動、陀螺、水膜和水球5項，還有2項備份實驗。接著，對確定的每項實驗進行了精心細緻的研究，例如，對用於製作水膜的金屬圈的大小和形狀、單擺是用繩還是用杆連線小球等進行了反覆論證。實踐證明，太空授課專家組最終制定的授課教案達到了甚至超過了預期效果，獲得了圓滿成功。

2013年6月20日，內蒙古呼和浩特第三十四中學學生正在觀看太空授課直播節目

事實上，物理、化學和生物實驗都可以在太空進行。為什麼中國首次太空授課的內容，最終選擇了5項物理實驗？這是因為太空授課的“選題”條件是實驗所需的材料和裝置必須安全可靠、質量小、體積小、功耗小、對航天員健康無影響、不會汙染座艙環境等；當然，也要考慮創意新穎、簡單可行、不需要花費航天員很多時間等因素。

例如，當時有人建議進行磁鐵吸人實驗，但後來考慮到磁鐵可能對航天器內部儀器和裝置產生影響，所以這個實驗被放棄了。此外，由於化學實驗有一定的危險性，為了安全起見，太空裡的化學實驗通常在實驗櫃或者手套櫃進行，難以向地面學生呈現，因此挑選物理實驗作為太空授課的內容更具安全性和可視性。

03

太空實驗有多種

至今，全球已利用載人航天器中得天獨厚的失重環境進行許多有趣的太空實驗，其中不少是青少年參與實施的。它有多種形式，例如：

①參加航天部門的研究實驗。科學家進行太空實驗時讓一些學生負責其中一些力所能及的工作，從而培養學生的興趣和能力。

②為學生設立、由學生獨立完成的實驗。學生在有關人員的指導下自己提出實驗課題進行實驗設計和實施，收集實驗資料、分析實驗結果，最後寫出實驗報告。

③參加載人航天工程活動。專家為學生設立研究課題，其中一些是為了航天工程任務的需要，讓學生參加硬體或軟體的研製，另一些是在為學生舉辦的創意大賽中獲獎的專案，之後在載人航天器上進行實驗。

④在教室中完成的太空實驗。學生們在教室完成模擬太空相應條件的實驗，或者進行空間站上專業研究人員正在進行的實驗，目的是透過對比地面實驗和太空實驗的結果，讓學生們找出它們之間的差異。

⑤教育性示範活動。航天員在太空進行簡單有趣的太空實驗，並將它拍攝下來，做成影片教材，提供給學生們，以便進行航天教育。

參加

“國際空間站”實驗的學生

在美國太空梭服役期間，專門在太空梭的大貨艙內安裝了用於太空實驗的“搭載箱”，想在太空梭上進行實驗的學生可租用它。“搭載箱”可放置用於實驗的“零星搭機實驗”專用容器，根據大小和質量的不同分3種型號，收費的標準分別為10000美元、5000美元和3000美元。有些國家為了培養青少年對太空科學的興趣，為其學生租下“搭載箱”進行太空實驗。

目前，在“國際空間站”的各國實驗艙內，也有進行植物發育實驗的“太空溫室”、對植物生長的環境引數進行精確控制的先進航天培養皿、觀察外太空對材料影響的“手提箱”、可完成各種生理實驗的“實驗架”、能進行各種實驗的“手套箱”等各種太空實驗裝置。除用於航天員進行預定的科學實驗外，學生們可以根據自己實驗的需要申請現有的實驗裝置。如果需要特殊的實驗裝置，學生可以或在有關科研單位的協助下研製。

“國際空間站”俄羅斯溫室內，水珠藉助附著力停留在植物的葉片上

其實，早在“國際空間站”建造初期，駐守其間的航天員就意識到了太空生活、失重環境下的種種奇妙現象對於學生的巨大吸引力。所以，他們在繁忙的工作之餘儘可能地抽出時間和學生交流，甚至親自做一些實驗演示。

至今，一批又一批航天員用自己的經歷和行動，鼓舞和啟迪著全世界數百萬計的學生。“國際空間站”現已完成了幾十項學校與學生的科研專案，在太空開展了教學實驗活動，設定虛擬課堂和虛擬演示驗證課。

例如，把蝴蝶、蜘蛛等送到“國際空間站”，以作為一項教育實驗的一部分。2012年，美國“龍”飛船把全美多所高校學生參與的23項研究運送到太空，後又帶回地面。這些學生的研究專案是“學生航天飛行實驗計劃”的一部分，該計劃給學生提供機會，設計微重力下物理、化學和生物學方面的研究專案。

在“國際空間站”上進行的太空培育大豆植物生長實驗

太空科學實驗有多種，如材料加工實驗、生物學實驗、失重科學實驗、醫學和生命實驗、對地觀測實驗等。王亞平首次太空授課的主要內容是有關失重科學的實驗，另外，她當時還進行了多項醫學和生命科學實驗。

04

失重科學較直觀

在失重科學實驗方面，國外已進行了不少有關物理和化學等方面的太空實驗，例如，在“國際空間站”上，美國航天員佩蒂特做過的液體實驗十分有趣：他先從飲水袋出水口慢慢擠出一些水來，由於水在失重環境中不受重力的影響，液體表面張力起主導作用，所以水能漂浮在空中，且不呈水滴狀，而呈球狀。

接著，他用注射器向水球中間注入了一些氣體，形成了水氣球；之後他又藉助於針頭小心翼翼地將水注入邊緣，結果裡面的泡泡發生旋轉；然後他將有色飲料注入水球，製作出彩色水氣球；最後他用鐳射照射水球，展示了彩色水氣球，它有許多小泡泡發生彈跳並反射光線。

這一現象非常有趣，且可以維持很長時間，但只有在失重條件下才能實現的。實驗完成後，佩蒂特在影片中向學生提出問題：將水注入水氣球邊緣後，裡面的泡泡為何發生旋轉？

太空失重環境使充滿氣泡的液珠旋轉起來，氣泡因密度低集中在轉軸附近呈柱狀，液珠在垂直於轉軸方向被拉長

2012年，航天員佩蒂特在“國際空間站”內還給地球上的學生演示了一個十分有趣的實驗——水滴繞毛衣針在太空飛舞，以驗證帶靜電的毛衣針在太空如何影響水滴運動。

在載人航天器內還可實現“竹籃打水水不空”的夢想，這也是水只受自身表面張力而不受重力影響在作怪。液體的表面張力是一種物理效應，它可使液體表面總是試圖獲得最小的光滑面積。在失重狀態下，水和籃子接觸時，水可以在籃子表面自由延展，其表面張力也加劇了水的浸潤性，另外，籃子可以起到表面張力附著點的作用而鎖住水，所以水就可以留在有較大空隙的竹籃中。

眾所周知，水燒開時會出現沸騰現象，這是因為水在被加熱時，底部的水先變成蒸汽，使容器底部產生小氣泡，並被重力引起的對流帶到容器上部，當容器中的水受熱超過其飽和溫度時，在水的內部和表面同時發生劇烈汽化的現象，整個水就沸騰了。

但在失重狀態下，由於沒有對流和浮力，加熱產生的氣泡會一直附著在容器底部停留很長時間，最後形成一個大氣泡，飄浮在水中。研究失重環境中的沸騰現象對太空或地面工程中的散熱設計很有用，可以防止出現“空氣鎖”。

在地面重力環境中，當水被加熱，底部開始沸騰，在容器底部產生小氣泡，被重力引起的對流帶到容器上部（左圖）。

在太空失重環境中，缺少了對流和浮力，加熱產生的氣泡一直附著在容器底部停留很長時間（右圖），最後形成一個大氣泡，飄浮在水中

在地面有重力時，流體具有沿重力方向沉積或分層的趨勢，密度大的在下面，密度小的在上面。不相溶的幾種液體混合時，重的在下層，輕的在上層。地面上酒吧裡的調酒師正是根據這個道理魔術般地調製出五彩繽紛的雞尾酒。而在太空失重環境中，不同密度的介質不再相對地沉澱而分層，而呈彼此懸浮和均勻分散的空間分佈狀態。所以，即使是調酒大師在太空也調製不出雞尾酒。

同理，在地面將加熱的蜂蜜倒入盛著水的容器中，由於蜂蜜的密度大於水，所以會在重力的作用下很快沉澱到容器底部，但如果在載人航天器內進行相同的實驗，可以看到蜂蜜不再往下沉，而是懸浮在水中。在失重環境中，水和油也能很容易的混合在一起，出現乳化現象，即由於表面活性劑的作用，使本來不能混合到一起的兩種液體能夠混到一起的現象。

燃燒是一種常見現象，但其過程與重力有很大關係可能一般人沒想過的，常見的淚珠狀火焰就是因為重力引起的對流產生的。蠟燭在地面燃燒時，由於加熱後的周圍氣體密度低而上升、較冷的氣體從下面補充進來形成的對流作用，將蠟燭的火焰拉長呈淚珠狀，並且由於碳黑來不及充分燃燒就被帶走，使火焰呈紅黃色。在太空失重環境中，沒有了對流現象，蠟燭不僅燃燒速度比地面慢得多，且其火焰呈球狀，碳黑也能夠充分燃燒，使火焰呈藍色。

地面蠟燭火焰（左）與太空蠟燭火焰（右）在形狀和顏色都有明顯不同

05

演示影片最常用

由於太空授課的次數和時間十分有限，而太空實驗對青少年又有很好的啟迪作用，所以上述太空實驗除了可採用太空授課的方式進行演示外，目前還常採用影片傳輸的方式進行演示，即航天員在載人航天器內錄製學生感興趣的太空實驗，然後在通訊通道不忙時把教育演示影片用中繼衛星傳輸到地面，被廣泛用於全世界的教育者進行科學演示，學生們也可透過網路直接下載航天員演示影片。

學生與航天員進行天地影片通話

現在，有些被稱為“星期六工程師”的航天員在空閒時常錄製進行太空實驗的教育演示影片，在“國際空間站”已錄製了數以百計的教育演示影片，其中不少是演示物理定義和規律，如演示失重環境中物體的質心、旋轉、共鳴、波動、水滴、牛頓定律、質量和重量、線性動量、角動量守恆、液體表面張力、速度與能量和做功、伯努利定律、向心力與加速度等。

這些演示影片豐富多彩，除了拍攝航天員的太空生活——睡眠、工作、科研活動外，更多的是藉助“國際空間站”奇妙的失重力環境和現有器材，進行基本定律的演示。為了更加形象地演示這些規律，同時也為了使航天員更加有興趣參與，每次演示都需要用到一些教具，為此，陀螺、跳繩、足球、迴旋鏢、溜溜球、紙飛機、曲棍球等很多地面的運動、遊戲和玩具都被搬到了空間站上。

製作這些影片雖然不需要耗費額外的能源或者特別的硬體裝置，但需要至少2名航天員配合，他們一個負責攝像裝置，一個負責演示。教育演示影片已成為“國際空間站”一項成功的太空教育活動，它只需要簡單的教具和利用失重環境，就可把物體運動特性、液體表面張力等在地球上不容易理解的概念講的生動有趣，並讓更多的學生參與到真正的太空任務和實驗當中來，接觸前沿航天裝置，獲得前所未有的體驗，極大地激發了學生的好奇心和創造力。

航天員在

“國際空間站

”為學生演示科學實驗

除了進行失重科學實驗以外，學生還常進行生物實驗。例如，太空螞蟻實驗，目的是為了瞭解太空失重環境對螞蟻的行為和築巢有什麼影響，只可惜2003年美國哥倫比亞號太空梭在返回途中失事，包括15只來自紐約州錫拉丘茲市福勒中學學生們的螞蟻和機中的其它實驗生物都無一生還。

不過，在哥倫比亞號飛行的16天中，航天員每天多次地觀察和拍攝螞蟻的行為和築巢程序，共進行了80多次實驗，並將實驗的情況及時地傳送到地面，學生們每日從網際網路連結中下載資料，其中包括螞蟻行為的錄影和靜態照片。原先預計在失重環境中，螞蟻會分不清上下，行動遲緩，築巢的速度也會減慢，但透過發回的照片和錄影發現，太空螞蟻更活躍，會發瘋地挖隧道，但挖隧道的方式與地面螞蟻不同。地面螞蟻是沿著螞蟻工坊的四周挖隧道，而太空螞蟻挖隧道的方向沒有規律，更隨意。

一名小學生正在進行失重對金魚影響的實驗，該項實驗被選為

“國際空間站”學生“航天飛行實驗專案”（SSEP）

“太空蛋白質晶體生長”實驗是載人航天活動中的重要專案，各國都很重視。因為蛋白質是生命的物質基礎，要解開生物體的奧秘和研製特效的新藥，首先要有優質蛋白質結晶，才能瞭解它們結構和功能的秘密。但在地面上，由於受重力影響，很難製成大而純的蛋白質晶體。

在失重力條件下，蛋白質晶體可比在地球上生長得更純淨、更大。透過對這些晶體的分析，科學家們能更好地瞭解蛋白質、酶和病毒的性質，也許會因此而研製出新藥和更好地瞭解生命的基本構造。其實驗結果已促使全球許多製藥公司與航天部門合作，以研究出治療癌症、糖尿病、肺氣腫和免疫系統失調的藥品或方法。

目前，在“國際空間站”上也開展了促進蛋白質晶體增長實驗，目的之一是生產大量各種不同的生物大分子結晶，目的之二是讓學生參與500多個蛋白質樣本的準備，使學生了解結晶、結晶的分析方法、結晶先進生物的工藝、結晶在醫學和生物學研究中的作用。

在地面生長的胰島素結晶不夠大（左），或者純淨度及順序不能滿足研究人員的要求。

太空生長的胰島素結晶品質高（右），研究人員從中可以獲得胰島素的生命形態，這對糖尿病人獲得更好的治療具有重要意義

06

天地對話並不難

與載人航天器上的航天員進行影片通話也是太空教育的一項內容，意在鼓勵學生學習和從事科學事業。該活動是完全免費的公益性教育活動，教育部門、正式和非正式教育團體都可以提交影片通話申請。航天員攜帶業餘無線電臺上天與地面業餘無線電愛好者們聯絡，幫助全球的青少年瞭解奇妙的宇宙和空間計劃、搭載實驗、太空生活等問題。學生們還根據軟體跟蹤載人航天器軌跡，“竊聽”航天員在載人航天器上的交談。

“國際空間站”航天員透過“國際空間站業餘無線電臺”與學生通

話

目前，僅“國際空間站”就進行了700多次業餘無線電通話活動，共有40多個國家、數百萬學生參與。中國已組織了至少4次青少年與“國際空間站”航天員的對話。

參與影片通話的學校一般要在當地業餘電臺愛好者的幫助下在校內設立一個臨時地面站，當“國際空間站”從舉辦地上空飛過時，大約有10分鐘時間與地面通話。它給青少年帶來無窮的樂趣，並提高了交往意識、視野，語言表達等綜合能力。

“國際空間站”業餘電臺的呼號：NA1SS/RSOISS/OR4ISS，波長：2米，功率：10瓦

（最大20瓦）

，天線：1/4波長直立天線。“國際空間站”的業餘無線電愛好者使用Ericsson MP-XS手持對講機和Ken Wood D-700。在業餘無線電波傳輸期間，空間站必須避開地面上的通訊裝置，這樣才能在空間站上的業餘無線電愛好者裝置和地面接收器之間轉播訊號。在訊號傳遞期間，平均可以提問18個問題，這取決於問題的複雜度。

如果想在家裡與“國際空間站”通話，只需準備下列無線電裝備：一個工作在波長2米的頻段、輸出功率在5瓦以上的電臺。如果能準備一根全向天線、鞭狀天線等小型指向性天線，則會帶來更好的效果，大大增加成功的機會。“國際空間站業餘無線電臺”使用FM145。8兆赫作為下行鏈路，所以身處聯通區域內的人甚至可以使用簡單帶掃描功能的收音機就可以收聽部分聯通內容。

一名學生利用

“‘國際空間站’業餘無線電臺”與站上乘員進行通話

與太空梭或“國際空間站”舉辦影片通話需要舉辦方透過美國航空航天局現場互動媒體服務頻道連線至美國航空航天局電視臺，此外還需要兩條專用的電話線路以及配套的廣播裝置。通話為雙向音訊、單向影片，學生可以透過影片看到航天員的實時影像，透過音訊和航天員對話。

07

中國的太空教育

其實，在王亞平進行太空授課之前，中國已展開過多項太空教育活動。例如，中國多次進行了“中國青少年太空梭科學實驗方案”的徵集活動，並積極參加太空梭和中國衛星的搭載實驗。

中國專門為青少年科技愛好者在2009年發射了希望1號科普公益小衛星，並啟動了希望1號衛星搭載方案徵集活動。該小衛星裝載著3種裝置：“天圓地方”五色土實驗、攝影和無線通訊，這3項任務均已實現，輕型寬視場彩色CMOS相機進行了太空攝影，資料下傳正常，影象清晰，視覺效果良好；無線電通訊30多個國家通聯成功；“天圓地方”科學實驗攝影資料下傳正常，影象清晰。

中國希望

1號科普公益衛星

中國已經組織中學生研製、發射了多顆中學生小衛星；多次舉辦航天夏令營和體驗營，對中小學生進行航天知識教育；多所高等學校的學生參加航天硬體設計

（如月球車）

和太空實驗；4次組織學生與“國際空間站”航天員通話等活動。

中國曾從全國各地徵集的上萬份提案中評選出5項由中、小學生提出的上天方案，它們是：用膠粘法控制太空梭艙內垃圾；液態混合物的凝固；微重力環境對草履蟲生長和繁殖的影響；失重環境中固—液表面間的相互作用；蠶吐絲織繭實驗。

這5項實驗先後登上美國的太空梭，但最後結局不完全相同。前4項實驗中除了草履蟲實驗由於電池工作壽命限制未獲得成功外，其餘3個方案都取得很好的結果。最不幸的是第5項蠶寶寶實驗，由於哥倫比亞號太空梭在返回過程中解體，中國的蠶寶寶也隨著7名航天員“為國捐軀”了。

這

是中國學生設計的蠶吐絲結蠶繭試驗裝置，研究失重環境對蠶行為的影響

為了實現學生們的心願，中國航天部門讓蠶寶寶登上中國的第22顆返回式人造地球衛星。太空蠶回到地面後，學生們與科學家一起分析太空飛行對蠶寶寶和他們後代的影響。這是首次中國航天器搭載由孩子們自己設計的實驗，對中國航天科技的發展具有開創性意義。

中國青少年太空實驗活動不僅鍛鍊了青少年的獨創能力和實驗設計能力，而且激發了青少年們熱愛航天事業、獻身航天事業的熱情和鬥志，例如，被採納的前4項太空梭實驗的學生在中學畢業後，都免試進入北京航空航天大學和哈爾濱工業大學，畢業後有的學生還加盟到中國航天的隊伍中。因此，這項活動的意義已遠遠超出了它的本身，它為中國的航天事業培養了接班人。

2016年，中國神舟11號航天員景海鵬和陳冬在天宮2號空間實驗室內，用香港中學生太空科技設計大賽獲獎的雙擺實驗裝置、薄膜成型實驗裝置、太空養蠶實驗裝置開展了航天科普活動。

陳冬在天宮

2號內做實驗

中國還開展過許多航天科普講座、太空美術展等多種形式的航天科普活動。

08

還有其他形式

太空教育還有多種方式，如辦太空教育網站，其內容有適合於教師的，也有適合於學生或兒童的。對航天教育感興趣的教師們也能從網上獲得適合自己教學所需要的教材和教學用具，而且可以瞭解最近航天部門為學生們提供參加航天活動的計劃，有心的教師有可能透過它為自己的學生爭取到參加太空實驗的機會。

從2010年3月起，美國航空航天局開始為公眾中的申請者提供到美國航空航天局實習或者參加科研工作的機會，藉此鼓勵學生積極參與到科學技術、工程學和數學的研究和空間探索研究任務。其中，表現優秀的申請者還可以獲得由美國航空航天局提供的高額獎學金。更可貴的是，公眾參與過程十分簡單和公開透明，所有申請者都可以在美國航空航天局網站上申請適合自己的職位。

美國航空航天局教育網的兒童俱

樂部

歐洲航天局除了像美國一樣進行教育性示範活動和鼓勵學生參加太空實驗外，還特別鼓勵大學生們自己製造衛星、發射火箭，將創意和實驗帶到空間站，併為他們提供了極好的實踐平臺，以培育未來的航天專家和航天工程師。

早在2000年，歐洲航天局就曾提出學生太空探索及技術倡議

（SSETI）

，內容包括完成4項研製任務：“學生太空探索及技術倡議快車”試驗衛星、歐洲學生地球軌道器、歐洲學生月球軌道器、研製月球登陸車。由歐盟14個國家15所大學的250名學生設計的“學生太空探索及技術倡議快車”是一顆低軌小衛星，主要功能是拍攝地理圖片，進行通訊廣播聯絡，以及測試“軌道調整器”等學生設計的各類小裝備。

歐洲航天局負責指導和協調學生們的工作，監督實際工作中的裝置研製以及組織衛星發射工作。經過18個月的研製，2005年10月27日，該衛星成功升空併發回信號。

學生參與研製的

“球面”失重衛星在“國際空間站”內有多顆

歐洲還開展過“歐洲學生國際空間站應用創意大賽”、“年輕工程師衛星計劃”、“同溫層

（平流層）

氣球升空實驗競賽”、“學生拋物線飛行體驗”、“曙光女神”學生設計競賽。

其中“曙光女神”學生設計競賽是面向歐洲和加拿大未畢業和已畢業的大學生，目的是為月球、火星和小行星設計登陸機器人和人探測方案，同時使學生們明白，除了要克服衛星研製過程中的各種技術難關，還要向有關部門申請衛星訊號的發射頻率、組織運輸、海關申報、技術專利保護等，學生在研製過程中積累了許多以往書本上沒學到的經驗和知識。

09

結語

此次太空授課與首次太空授課有些不同，一是因為“天宮”空間站核心艙，比2013年首次太空授課的天宮1號目標飛行器要大許多，而且更現代化，所以可以更方便、更精彩地演示太空實驗和太空生活等；二是我國的測控通訊系統的效能有了很大提高，依靠天鏈1號中繼衛星星座提供的寬頻，可以把太空授課的高畫質影片更流暢的傳回地面；三是這次不僅有物理實驗，還有生物實驗，因而可使青少年開闊眼界；四是王亞平已經有太空授課的經驗了，因此這次會更加從容、淡定、有趣的為全球青少年演示奇妙的太空實驗。

2022年，中國將建成體積大壽命長、功能強的大型長期載人空間站，可以相信，屆時中國的太空教育會更加豐富多彩，可以採用影片傳輸、天地通話、搭載實驗、參與研究等方式進行，或在地面開展太空設計比賽、參觀體驗和知識講座等活動。中國有關部門幾年前就開始組織青少年設計青少年太空實驗方案，並且每年都請專家進行評審，其中優秀的青少年太空科學實驗方案未來有望送到中國空間站青少年科學實驗櫃內實施。總之，未來太空教育的前景十分廣闊。

作者簡介

龐之浩

全國空間探測技術首席科學傳播專家，中國空間科學傳播專家工作室首席科學傳播專家，衛星應用產業協會首席專家，中國首次太空授課專家組成員。

製版編輯 | Morgan

TAG: 太空實驗學生空間站授課