龐之浩

2013年6月11日，我國長征-2F遙10火箭成功把載有航天員聶海勝、張曉光和王亞平的神舟10號載人飛船送上九重天，開始了中國載人航天的新征程。按計劃，神舟10號航天員將在軌生活和工作15天，這是目前我國載人航天活動時間最長的一次，所以航天員承擔(dān)的各類任務(wù)也最多。在這次航天飛行中，最大的亮點之一是女航天員王亞平于2013年6月20日成功為地面青少年進(jìn)行我國首次太空授課，從而成為我國首位太空教師，并拉開了我國太空教育的序幕。

眾所周知，在太空飛行的載人航天器內(nèi)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(huán)境。失重環(huán)境不僅使航天員的生活變得十分奇妙，對物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也會產(chǎn)生重要影響，并且還可以為人類造福。為此，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、了解航天、熱愛航天?，F(xiàn)在，載人航天的空間應(yīng)用項目主要包括醫(yī)學(xué)與生物學(xué)研究、生物工程、空間技術(shù)、材料科學(xué)、教育活動、地球物理學(xué)及對地觀測等7個方面的科技研究性應(yīng)用。由此可見，太空教育已成為載人航天的一項重要內(nèi)容，是連接青少年學(xué)生與載人航天事業(yè)的最好橋梁，因而已受到越來越多國家的重視。

太空教育有多種形式，其中在太空授課是最典型的一種方式，在那里稱得上是世界上最高的課堂，可對培養(yǎng)青少年探索太空的興趣產(chǎn)生積極影響。此前，全球只有美國女航天員巴巴拉·摩根于2007年在國際空間站上對地面青少年進(jìn)行過1次授課。

？太空科學(xué)實驗

至今，國外已利用載人航天器中得天獨厚的失重環(huán)境進(jìn)行了許多有趣的太空科學(xué)實驗，其中不少是青少年參與實施的。它有多種形式，例如：一種是科學(xué)家進(jìn)行太空實驗時讓一些學(xué)生負(fù)責(zé)其中一些力所能及的工作，從而培養(yǎng)學(xué)生的興趣和能力；另一種是學(xué)生在有關(guān)人員的指導(dǎo)下自己提出實驗課題進(jìn)行實驗設(shè)計和實施，收集實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果，最后寫出實驗報告；第3種是專家為學(xué)生設(shè)立研究課題，其中一些是為了航天工程任務(wù)的需要，讓學(xué)生參加硬件或軟件的研制，另一些是在為學(xué)生舉辦的創(chuàng)意大賽中獲獎的項目，之后在載人航天器上進(jìn)行實驗。太空實驗的入選條件是所需要的材料和設(shè)備必須安全可靠、質(zhì)量小、體積小、功耗小、對航天員健康無影響、不會污染座艙環(huán)境等。當(dāng)然，也要具備創(chuàng)意新穎、簡單可行、不需要花費航天員很多時間等要求。

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(huán)境下的種種奇妙現(xiàn)象對于學(xué)生的巨大吸引力。所以，他們在繁忙的工作之余會盡可能地抽出時間和學(xué)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(jīng)歷和行動，鼓舞和啟迪著全世界數(shù)以百萬計的學(xué)生。國際空間站現(xiàn)已完成了幾十項學(xué)校與學(xué)生的科研項目，在太空開展了教學(xué)實驗活動，設(shè)置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，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(xué)生參與的23項研究運送到太空，后又帶回地面。這些學(xué)生的研究項目是“學(xué)生航天飛行實驗計劃”的一部分，該計劃給學(xué)生提供機會，設(shè)計微重力下物理、化學(xué)和生物學(xué)方面的研究項目。

太空科學(xué)實驗有多種，如材料加工實驗、生物學(xué)實驗、失重科學(xué)實驗、醫(yī)學(xué)和生命實驗、對地觀測實驗等。這次王亞平太空授課的主要內(nèi)容是有關(guān)失重科學(xué)的實驗，另外她還進(jìn)行了多項醫(yī)學(xué)和生命實驗。

？教育演示視頻

由于太空授課的次數(shù)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采用太空授課的方式進(jìn)行演示外，目前還常采用視頻傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行演示，即航天員在載人航天器內(nèi)錄制學(xué)生感興趣的太空實驗，然后在通信信道不忙時把教育演示視頻用中繼衛(wèi)星傳輸?shù)降孛?，再廣泛用于全世界的教育者進(jìn)行科學(xué)演示，學(xué)生們也可通過網(wǎng)絡(luò)直接下載航天員演示視頻。

現(xiàn)在，有的航天員在空閑時常錄制進(jìn)行太空實驗的教育演示視頻，在國際空間站已錄制了數(shù)以百計的教育演示視頻。這些演示視頻豐富多彩，除了拍攝航天員的太空生活——睡眠、工作、科研活動外，更多的是借助國際空間站奇妙的失重力環(huán)境和現(xiàn)有器材，進(jìn)行基本定律的演示。

制作這些視頻雖然不需要耗費額外的能源或者特別的硬件設(shè)備，但需要至少2名航天員配合，他們一個負(fù)責(zé)攝像設(shè)備，一個負(fù)責(zé)演示。教育演示視頻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(huán)境，就可把物體運動特性、液體表面張力等在地面上不容易理解的概念講得生動有趣，并讓更多的學(xué)生參與到真正的太空任務(wù)和實驗當(dāng)中來，接觸前沿航天設(shè)備，獲得前所未有的體驗，極大地激發(fā)了學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造力。

？天地對話

與載人航天器上的航天員進(jìn)行視頻通話也是太空教育的一項內(nèi)容，意在鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)和從事科學(xué)事業(yè)。該活動是完全免費的公益性教育活動，教育部門、正規(guī)和非正規(guī)教育團體都可以提交視頻通話申請。航天員攜帶業(yè)余無線電臺上天與地面業(yè)余無線電愛好者聯(lián)系，幫助全球青少年了解奇妙的宇宙和空間計劃、搭載實驗、太空生活等問題。學(xué)生們還根據(jù)軟件跟蹤載人航天器軌跡，“竊聽”航天員在載人航天器上的交談。目前，僅國際空間站就進(jìn)行了700多次業(yè)余無線電通話活動，共有40多個國家和地區(qū)的數(shù)百萬學(xué)生參與。我國組織了4次青少年與國際空間站航天員的對話。參與視頻通話的學(xué)校一般要在當(dāng)?shù)貥I(yè)余電臺愛好者的幫助下在校內(nèi)設(shè)立一個臨時地面站，當(dāng)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。它為青少年帶來了無窮的樂趣，提高了青少年的交往、語言表達(dá)等綜合能力，開闊了他們的視野。

？中國行動

我國已開展過多項太空教育活動，例如，多次進(jìn)行“中國青少年航天飛機科學(xué)實驗方案”征集活動，并積極參加航天飛機和我國衛(wèi)星的搭載實驗；專門為我國青少年科技愛好者發(fā)射“希望1號”小衛(wèi)星，并啟動了希望1號衛(wèi)星搭載方案征集活動；多次舉辦航天夏令營和體驗營，對中小學(xué)生進(jìn)行航天知識教育；多所高等學(xué)校學(xué)生參加航天硬件設(shè)計（如月球車）和太空實驗；組織學(xué)生與國際空間站航天員通話等。

我國曾從全國各地征集的上萬份提案中評選出5項由中小學(xué)生提出的上天方案，它們是“用膠黏法控制航天飛機艙內(nèi)垃圾”、“液態(tài)混合物的凝固”、“微重力環(huán)境對草履蟲生長和繁殖的影響”、“失重環(huán)境中固—液表面間的相互作用”及“蠶吐絲結(jié)繭實驗（實驗裝置參見封面圖——編者注）”。這5項實驗先后登上美國的航天飛機，但最后結(jié)局不完全相同。前4項實驗中除了草履蟲實驗由于電池工作壽命限制未獲得成功外，其余3個方案都取得了很好的結(jié)果。最不幸的是第5項蠶寶寶實驗，由于哥倫比亞號航天飛機失事，中國的蠶寶寶也“為國捐軀”了。為了實現(xiàn)學(xué)生們的心愿，我國航天部門讓蠶寶寶登上了中國的第22顆人造衛(wèi)星。太空蠶回到地面后，學(xué)生們與科學(xué)家一起分析太空飛行對蠶寶寶和他們后代的影響。這是首次中國航天器搭載由孩子們自己設(shè)計的實驗，對中國航天科技的發(fā)展具有開創(chuàng)性意義。2009年，我國發(fā)射的希望1號科普公益小衛(wèi)星為青少年裝載了3種設(shè)備——“天圓地方”五色土實驗、攝影和無線通信，這3項任務(wù)均已實現(xiàn)，該衛(wèi)星目前還在運行。我國青少年在太空教育活動中不僅鍛煉了獨創(chuàng)能力和實驗設(shè)計能力，而且激發(fā)了熱愛航天事業(yè)、獻(xiàn)身航天事業(yè)的熱情和斗志。被采納的前4項航天飛機實驗的學(xué)生在中學(xué)畢業(yè)后，都免試進(jìn)入北京航空航天大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)，畢業(yè)后有的學(xué)生還加盟到中國航天的隊伍中。因此，這項活動的意義已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了它的本身，它為中國的航天事業(yè)培養(yǎng)了接班人。

簡言之，太空教育有多種方式，如辦太空教育網(wǎng)站，為學(xué)生設(shè)立由學(xué)生獨立完成的實驗，在教室中完成太空實驗，參加國家研究實驗，參加航天工程活動，用載人航天器開展教育性示范活動，舉行學(xué)生載人航天器應(yīng)用創(chuàng)意大賽和太空美術(shù)展覽，讓學(xué)生乘失重飛機體驗失重，為月球、火星和小行星設(shè)計登陸機器人和人探測方案等。