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中學生設計太空艙 發射到7萬米高空

  北京八一學校和石家莊鹿泉一中近40名學生參與了設計;系全國首個中學生太空生物實驗艙

  


  學生參與設計的“方舟一號”太空生物實驗艙。

  


  參與“方舟一號”設計的八一學校學生代表與即將發射的火箭合影。本版圖片/受訪者供圖

  6月17日下午3點30分,內蒙古阿拉善,中國首個中學生太空生物實驗艙——“方舟一號”被一枚探空火箭成功送至70千米高空。

  新京報記者近日了解到,“方舟一號”由北京市八一學校牽頭研制,該校和石家莊鹿泉一中近40名學生參與了設計。“方舟一號”搭載果蠅蟑螂,研究太空環境對睡眠的影響。目前先驗證了實驗艙的自主定位、返回式著陸搜救以及數據回傳功能。

  關注1 太空艙有哪些“乘客”?

  果蠅和蟑螂是第一批“乘客”;研究太空環境對睡眠的影響

  “方舟一號”由北京市八一學校牽頭研制,依托學校空間生命科學實驗室、北京航科方舟空間技術有限公司、中科院城市環境研究所支持。“方舟一號”攜帶了百余只果蠅和幾只蟑螂,預想通過研究太空環境對果蠅睡眠的影響,為解決宇航員睡眠障礙問題提供參考。

  張馨心,北京市八一學校高二學生,是設計者之一,去年暑假加入了團隊,她所在的小組需要自主設計一個研究果蠅生命節律的實驗方案。他們查閱資料得知,果蠅5分鐘保持不動就是進入了睡眠狀態,但想到太空艙會不斷運動,所以要確認果蠅睡覺時能否抓在試管壁上保持靜止,于是找來小風扇對著果蠅吹,證明它們睡眠時具有“抓壁”能力。

  “太空生存環境惡劣,很多宇航員出現睡眠障礙問題。為了解空間環境下的睡眠規律,我們決定先選取果蠅進行動物實驗。”參與項目的中科院城市環境研究所相關負責人介紹。

  據介紹,果蠅的一部分基因與人類同源,并且像人類一樣受晝夜節律和環境的影響。實驗顯示,果蠅對太空環境的應激做出積極的響應,較小的體積能以最小化的資源需求生存。

  關注2 設計制造太空艙難在哪里?

  編程難度高;成品還要保證無人操作下溫度濕度合適

  今年寒假,張馨心所在的小組完成了實驗艙的內部結構設計,需要繼續進行編程,確保實驗艙能自動運轉,在無人操作的情況下,自我調整內部溫度、濕度、氧氣和二氧化碳含量等。

  張馨心自學了C++課程,在“初升高”的暑假參加了學校的編程課程,寒假時又參加了北京市第三十五中學的編程冬令營,但實驗艙的編程對她來說難度仍然很高。寒假期間,張馨心連續三天不停寫程序,“有時候睡覺都在想編程”,張馨心說,數不清程序出了多少次錯,只記得當監視器上出現第一個正確讀數時,她興奮得叫了出來。

  在最終的“方舟一號”太空生物實驗艙設計方案評選時,張馨心所在小組的設計方案獲得了第一名。

  對張馨心而言,參與這次活動最大的收獲不是最初預想的學習知識和技能,而在于開闊眼界,提升心理素質,“通過活動我獲得了很多機會,比如參與了航天專家的討論會議。”

  參與項目期間,她偶爾會擔心做不好,萌生退意,父母都會鼓勵她,即使“方舟一號”的發射時間臨近期末,父母也支持她前往內蒙古阿拉善見證實驗艙發射升空。“很感激爸爸媽媽給了我勇氣。”

  關注3 實驗最終結果如何?

  實驗艙設備承受住了高溫、高真空、高震動和高沖擊的考驗

  “這次實驗略有遺憾。”本次項目指導老師、八一學校教師陶祥明介紹,由于使用的探空火箭升空速度快,到達70千米高空只用了200多秒,且因靶場空域問題火箭安排在下午發射,導致為夜間發射設計的實驗艙內溫度超過了“乘客”適宜的生存溫度。

  得知結果,張馨心和她的小伙伴們表示不會輕易放棄。

  “實驗艙設備仍舊承受住了高溫、高真空、高震動和高沖擊”。陶祥明表示,未來如有機會,學校還會組織學生參與設計實驗艙。

  “開展這些活動,希望學生通過實踐體驗,對于未來的專業或興趣發展有一個初步認識,發現自己擅長或不擅長的領域。”陶祥明說。

  據悉,“方舟一號”本計劃跟隨今年下半年發射的“八一02星”進入太空,但因實驗艙尺寸等問題無法實現,最終改為由探空火箭送至70千米的高空,先行驗證實驗艙的自主定位、返回式著陸搜救以及數據回傳功能。

  目前“方舟一號”太空生物實驗艙存放在中科院城環所物理環境研究組北京實驗室,實驗艙回傳的艙內物理環境、溫濕度、氧氣二氧化碳含量等數據,相關專家正在分析。

  ■ 延展

  航天教育已成八一學校教學特色

  鼓勵學生參與航天項目設計活動在八一學校已有先例。2016年12月28日,國內首顆中學生科普小衛星“八一·少年行”在太原發射,八一學校的學生參與了衛星的設計與研制過程,并主導完成了衛星的載荷設計。

  陶祥明介紹,近年來,航天科技教育已成為八一學校的一項特色,通過衛星研制等項目帶領學生參與科研。去年5月,八一學校成立了空間生命科學實驗室,在中國科學院城市環境所、航天科技教育聯盟等單位支持下,不定期就青少年參與太空生物實驗、返回式搭載載荷等涉及的專項航天知識開展科普講座、寒暑假實踐營等活動。

  學校對科技教育的課程建設也做了改進。初中課程建設中增強了數學、物理、化學和生物等學科教學的橫向配合,高中則重點開展多種科學創新與技術實踐的跨學科探究活動。(記者 黃哲程 實習生 陳美竹)


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