中學生設(shè)計太空艙 發(fā)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(shè)計；系全國首個中學生太空生物實驗艙
學生參與設(shè)計的“方舟一號”太空生物實驗艙。
參與“方舟一號”設(shè)計的八一學校學生代表與即將發(fā)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(nèi)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(shè)計?！胺街垡惶枴贝钶d果蠅蟑螂，研究太空環(huán)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(shù)據(jù)回傳功能。
關(guān)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(huán)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?？臻g生命科學實驗室、北京航科方舟空間技術(shù)有限公司、中科院城市環(huán)境研究所支持?！胺街垡惶枴睌y帶了百余只果蠅和幾只蟑螂，預想通過研究太空環(huán)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(shè)計者之一，去年暑假加入了團隊，她所在的小組需要自主設(shè)計一個研究果蠅生命節(jié)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(tài)，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(huán)境惡劣，很多宇航員出現(xiàn)睡眠障礙問題。為了解空間環(huán)境下的睡眠規(guī)律，我們決定先選取果蠅進行動物實驗?！眳⑴c項目的中科院城市環(huán)境研究所相關(guān)負責人介紹。
據(jù)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(jié)律和環(huán)境的影響。實驗顯示，果蠅對太空環(huán)境的應(yīng)激做出積極的響應(yīng)，較小的體積能以最小化的資源需求生存。
關(guān)注2 設(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要繼續(xù)進行編程，確保實驗艙能自動運轉(zhuǎn)，在無人操作的情況下，自我調(diào)整內(nèi)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(xù)三天不停寫程序，“有時候睡覺都在想編程”，張馨心說，數(shù)不清程序出了多少次錯，只記得當監(jiān)視器上出現(xiàn)第一個正確讀數(shù)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(shè)計方案評選時，張馨心所在小組的設(shè)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(zhì)，“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?！?/p>
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(fā)射時間臨近期末，父母也支持她前往內(nèi)蒙古阿拉善見證實驗艙發(fā)射升空?！昂芨屑ぐ职謰寢尳o了我勇氣?！?/p>
關(guān)注3 實驗最終結(jié)果如何？
實驗艙設(shè)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(fā)射，導致為夜間發(fā)射設(shè)計的實驗艙內(nèi)溫度超過了“乘客”適宜的生存溫度。
得知結(jié)果，張馨心和她的小伙伴們表示不會輕易放棄。
“實驗艙設(shè)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(shè)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(yè)或興趣發(fā)展有一個初步認識，發(fā)現(xiàn)自己擅長或不擅長的領(lǐng)域。”陶祥明說。
據(jù)悉，“方舟一號”本計劃跟隨今年下半年發(fā)射的“八一02星”進入太空，但因?qū)嶒炁摮叽绲葐栴}無法實現(xiàn)，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(shù)據(jù)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(huán)所物理環(huán)境研究組北京實驗室，實驗艙回傳的艙內(nèi)物理環(huán)境、溫濕度、氧氣二氧化碳含量等數(shù)據(jù)，相關(guān)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(shè)計活動在八一學校已有先例。2016年12月28日，國內(nèi)首顆中學生科普小衛(wèi)星“八一·少年行”在太原發(fā)射，八一學校的學生參與了衛(wèi)星的設(shè)計與研制過程，并主導完成了衛(wèi)星的載荷設(shè)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(wèi)星研制等項目帶領(lǐng)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(huán)境所、航天科技教育聯(lián)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(shè)也做了改進。初中課程建設(shè)中增強了數(shù)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(chuàng)新與技術(shù)實踐的跨學科探究活動。
新京報記者 黃哲程 實習生 陳美竹
(責編：趙竹青、呂騫)
