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教育
中学生设计太空舱 发射到7万米高空
  发布时间:2019/6/30   来源:新京报   记者:黄哲程

参与“方舟一号”设计的八一学校学生代表与即将发射的火箭合影。本版图片/受访者供图

6月17日下午3点30分,内蒙古阿拉善,中国首个中学生太空生物实验舱——“方舟一号”被一枚探空火箭成功送至70千米高空。

新京报记者近日了解到,“方舟一号”由北京市八一学校牵头研制,该校和石家庄鹿泉一中近40名学生参与了设计。“方舟一号”搭载果蝇蟑螂,研究太空环境对睡眠的影响。目前先验证了实验舱的自主定位、返回式着陆搜救以及数据回传功能。

关注1 太空舱有哪些“乘客”?

果蝇和蟑螂是第一批“乘客”;研究太空环境对睡眠的影响

“方舟一号”由北京市八一学校牵头研制,依托学校空间生命科学实验室、北京航科方舟空间技术有限公司、中科院城市环境研究所支持。“方舟一号”携带了百余只果蝇和几只蟑螂,预想通过研究太空环境对果蝇睡眠的影响,为解决宇航员睡眠障碍问题提供参考。

张馨心,北京市八一学校高二学生,是设计者之一,去年暑假加入了团队,她所在的小组需要自主设计一个研究果蝇生命节律的实验方案。他们查阅资料得知,果蝇5分钟保持不动就是进入了睡眠状态,但想到太空舱会不断运动,所以要确认果蝇睡觉时能否抓在试管壁上保持静止,于是找来小风扇对着果蝇吹,证明它们睡眠时具有“抓壁”能力。

“太空生存环境恶劣,很多宇航员出现睡眠障碍问题。为了解空间环境下的睡眠规律,我们决定先选取果蝇进行动物实验。”参与项目的中科院城市环境研究所相关负责人介绍。

据介绍,果蝇的一部分基因与人类同源,并且像人类一样受昼夜节律和环境的影响。实验显示,果蝇对太空环境的应激做出积极的响应,较小的体积能以最小化的资源需求生存。

关注2 设计制造太空舱难在哪里?

编程难度高;成品还要保证无人操作下温度湿度合适

今年寒假,张馨心所在的小组完成了实验舱的内部结构设计,需要继续进行编程,确保实验舱能自动运转,在无人操作的情况下,自我调整内部温度、湿度、氧气和二氧化碳含量等。

张馨心自学了C++课程,在“初升高”的暑假参加了学校的编程课程,寒假时又参加了北京市第三十五中学的编程冬令营,但实验舱的编程对她来说难度仍然很高。寒假期间,张馨心连续三天不停写程序,“有时候睡觉都在想编程”,张馨心说,数不清程序出了多少次错,只记得当监视器上出现第一个正确读数时,她兴奋得叫了出来。

在最终的“方舟一号”太空生物实验舱设计方案评选时,张馨心所在小组的设计方案获得了第一名。

对张馨心而言,参与这次活动最大的收获不是最初预想的学习知识和技能,而在于开阔眼界,提升心理素质,“通过活动我获得了很多机会,比如参与了航天专家的讨论会议。”

参与项目期间,她偶尔会担心做不好,萌生退意,父母都会鼓励她,即使“方舟一号”的发射时间临近期末,父母也支持她前往内蒙古阿拉善见证实验舱发射升空。“很感激爸爸妈妈给了我勇气。”

关注3 实验最终结果如何?

实验舱设备承受住了高温、高真空、高震动和高冲击的考验

“这次实验略有遗憾。”本次项目指导老师、八一学校教师陶祥明介绍,由于使用的探空火箭升空速度快,到达70千米高空只用了200多秒,且因靶场空域问题火箭安排在下午发射,导致为夜间发射设计的实验舱内温度超过了“乘客”适宜的生存温度。

得知结果,张馨心和她的小伙伴们表示不会轻易放弃。

“实验舱设备仍旧承受住了高温、高真空、高震动和高冲击”。陶祥明表示,未来如有机会,学校还会组织学生参与设计实验舱。

“开展这些活动,希望学生通过实践体验,对于未来的专业或兴趣发展有一个初步认识,发现自己擅长或不擅长的领域。”陶祥明说。

据悉,“方舟一号”本计划跟随今年下半年发射的“八一02星”进入太空,但因实验舱尺寸等问题无法实现,最终改为由探空火箭送至70千米的高空,先行验证实验舱的自主定位、返回式着陆搜救以及数据回传功能。

目前“方舟一号”太空生物实验舱存放在中科院城环所物理环境研究组北京实验室,实验舱回传的舱内物理环境、温湿度、氧气二氧化碳含量等数据,相关专家正在分析。

■ 延展

航天教育已成八一学校教学特色

鼓励学生参与航天项目设计活动在八一学校已有先例。2016年12月28日,国内首颗中学生科普小卫星“八一·少年行”在太原发射,八一学校的学生参与了卫星的设计与研制过程,并主导完成了卫星的载荷设计。

陶祥明介绍,近年来,航天科技教育已成为八一学校的一项特色,通过卫星研制等项目带领学生参与科研。去年5月,八一学校成立了空间生命科学实验室,在中国科学院城市环境所、航天科技教育联盟等单位支持下,不定期就青少年参与太空生物实验、返回式搭载载荷等涉及的专项航天知识开展科普讲座、寒暑假实践营等活动。

学校对科技教育的课程建设也做了改进。初中课程建设中增强了数学、物理、化学和生物等学科教学的横向配合,高中则重点开展多种科学创新与技术实践的跨学科探究活动。

学生参与设计的“方舟一号”太空生物实验舱。

责编:周勇

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