太空科学课（十七）

太空熊猫君

2022 年对于我国的航天事业尤其是载人航天工程来说，可谓意义重大。1992 年9 月21 日，我国政府决策实施载人航天工程，代号“921”工程，并确立了“三步走”的发展战略。中国航天从零起步，稳扎稳打，从无人飞行到载人飞行，从一人一天到多人多天，从舱内实验到出舱活动，从单船飞行到组合体稳定运行……30 年来，中国载人航天事业在一代代航天人的努力下，取得了无数震撼世界的伟大成就。2022 年底，中国空间站的全面建成，标志着“三步走”战略任务正式完成。

2022 年6 月5 日，搭载神舟十四号载人飞船的长征二号F 遥十四运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲进驻中国空间站核心舱；7 月24 日下午，长征五号B 遥三运载火箭托举着问天实验舱一飞冲天，并成功与核心舱组合体完成交会对接；7 月25 日，神舟十四号航天员乘组进入问天实验舱；10 月12 日下午，神舟十四号乘组在问天实验舱内为广大青少年开展了一次太空授课，这也是航天员在中国空间站内的第三次太空授课。

本次太空授课依然采用了天地互动的形式，3 名航天员为我们展示了中国空间站问天实验艙的内部场景，开展了许多全新的太空实验，与地面课堂的同学们进行了互动交流。本次太空授课的地面主课堂设置在中国载人航天工程有效载荷运行管理中心，地面分课堂设置在山东、河南和云南，而太空授课的“教室”，则是中国空间站的新舱段——

问天实验舱是中国空间站的第二个舱段，也是第一个科学实验舱。它由工作舱、气闸舱和资源舱组成，主要用于支持航天员的驻留、出舱活动和进行空间科学实验。值得一提的是，问天实验舱也是天和核心舱的备份舱，可以像核心舱一样，对中国空间站组合体进行统一的管理和控制。

问天实验舱的科学研究主要面向生命科学领域，里面配置了有关生命生态、生物技术和变重力科学等方面的实验柜，支持开展植物、动物、微生物等多种类生物从分子、细胞到组织、器官的多层次研究。

“天宫课堂”第三课开课啦！航天员们为我们缓缓地揭开了问天实验舱的神秘面纱。 陈冬首先为我们介绍了问天实验舱的睡眠区。没错，问天实验舱里也设有睡眠区。一方面，问天实验舱作为天和核心舱的备份，需要保障航天员包括睡眠休息在内的生存生活需求；另一方面，从本次神舟十四号载人航天任务开始，航天员们要进行在轨轮换，也就是说，为了保证空间站内时刻都有人驻留，下一组航天员进入中国空间站之后，上一组航天员才会返回地面，空间站也自然需要满足6 个人的睡眠需求。

有趣的是，问天实验舱的睡眠区方向与核心舱的不同。之前介绍过，天和核心舱的睡眠区是横向的，和我们在地面上休息睡觉的床铺没有什么不同，而问天实验舱的睡眠区却是竖直的。难道航天员还可以站着睡觉吗？还真的是可以呢！由于空间站里的重力作用极其微弱，我们在感觉上并不会有上方和下方的区别，航天员们横躺着睡觉还是竖直地睡觉也并不会感到有什么区别。问天实验舱的生活区同样配备了太空厨房设备，包括热风加热装置、饮水机等。 接下来，航天员为我们逐一介绍了问天实验舱内的科学实验柜：

第一个出场的是，它可以满足航天员对样本采集与存储的需求。航天员也可以通过其中的设备给细胞“做手术”。

第二个出场的是，这个实验柜主要以生命个体为实验对象，由一个个独立的实验模块构成，就像是一个个不同的小实验室，用来研究不同的实验对象。在这两个实验柜的中央，还安置了一个，用来测量舱内的辐射水平。

随着镜头的移动，我们看到了。这个实验柜配备了各种先进的细胞培养和检测仪器，主要用来研究细胞、组织和蛋白质等生物样本。还记得之前叶光富为我们介绍的天和核心舱里的细胞学研究吗？这个实验柜可以帮助航天员更加深入地研究微观世界。

第四个实验柜是，它的内部由两个转子组成，每个转子上面又装载了标准的实验模块，转子通过旋转产生离心力，为科学实验提供0～2倍地球重力的高精度重力模拟环境，用来开展生命科学、流体、燃烧等领域的科学实验。

一名地面课堂的同学对变重力实验柜很感兴趣，他提问道：“为什么我们要在空间站里开展流体研究呢？”陈冬和刘洋对这个问题做了非常详细的解答。

流体，可以简单理解为没有固定的形状、会发生流动的物体。液体和气体都属于流体。在微重力环境下，流体表现出来的性质与在地面时有很大的不同。最常见的流体就是水和空气了。在之前的太空授课中，航天员们为我们展示了水在太空中的神奇特性。我国的运载火箭使用的是液体燃料，它在微重力环境下展现出的性质与在地面上的显著不同，地面上的结论自然也不能拿到太空中直接套用，有必要专门开展研究。

为了更好地回答这个问题，陈冬带领地面课堂的同学们做了一个实验，通过对比来展现流体现象的天地差异。这是一个经典的毛细效应实验：先准备3根粗细不同的塑料管和1个盛满水的培养皿，然后将塑料管立在培养皿中。你会发现培养皿内的水会沿着塑料管上升，这就是毛细效应。在地面课堂同学们做的实验中，我们可以清楚地看到，塑料管内的水面上升了，并且越细的塑料管里水面上升得就越快、越高。而在陈冬展示的实验中，水面不仅会上升，水甚至还会从塑料管的顶端溢出来！

这是为什么呢？我们先来了解一下毛细现象。之前讲过，液体存在着一种贴合物体表面的附着力，液体分子之间的内聚力会产生表面张力，在这两种力的综合作用下，液体会呈现出流向细管或者细缝的现象，并且缝隙越细，这个现象就越明显。正是由于这个作用，吸管中的水面才会有所上升。像我们生活中见到的干毛巾吸水、用毛笔蘸取墨汁来写字、蜡烛内的蜡油沿着棉线上升等，都是利用了液体的毛细现象。只不过，由于地面上存在重力，毛细作用无法克服重力，水面上升到一定程度就会停止。而在重力极其微弱的太空中，毛细作用将会“无所畏惧”，直到水面冲出管口，水就溢出来啦！