10月12日15時(shí)45分，“天宮課堂”將再次開啟，神舟十四號(hào)飛行乘組航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲將面向廣大青少年進(jìn)行太空授課。中央廣播電視總臺(tái)將面向全球進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直播。“天宮課堂”推出以來(lái)，已經(jīng)成功舉行了兩次太空授課，那么“天宮課堂”到底是怎么備課的？本次的“天宮課堂”與以往有何不同？什么樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目才能入選？不同的課程設(shè)計(jì)有何講究？

中國(guó)航天員邀請(qǐng)青少年朋友同步天地做實(shí)驗(yàn)

“天宮課堂”第三課的具體課程有哪些？

本次太空授課活動(dòng)將繼續(xù)采取天地互動(dòng)方式進(jìn)行，3名航天員將在軌介紹展示中國(guó)空間站問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙工作生活場(chǎng)景，演示微重力環(huán)境下毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、水球變“懶”實(shí)驗(yàn)、太空趣味飲水、會(huì)調(diào)頭的扳手，以及植物生長(zhǎng)研究項(xiàng)目介紹，并與地面課堂進(jìn)行互動(dòng)交流，旨在傳播普及載人航天知識(shí)，激發(fā)廣大青少年對(duì)科學(xué)的興趣。

“天宮課堂”推出以來(lái)，已成功舉行了兩次太空授課，取得了良好的社會(huì)反響。在前期開展的授課內(nèi)容征集活動(dòng)中，社會(huì)各界特別是廣大青少年通過(guò)新聞媒體、“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”平臺(tái)和載人航天工程官網(wǎng)踴躍建言獻(xiàn)策，不少好的創(chuàng)意設(shè)計(jì)脫穎而出，將在此次授課及后續(xù)活動(dòng)中陸續(xù)進(jìn)行展示。

中國(guó)航天員真誠(chéng)邀請(qǐng)廣大青少年在地面同步嘗試開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，從天地差異中感知宇宙的奧秘、體驗(yàn)探索的樂(lè)趣。

“天宮課堂”怎么備課？

“天宮課堂”第三課將于12日下午正式開講，那么“天宮課堂”是如何備課的呢？

“天宮課堂”授課專家組成員北京交通大學(xué)副教授陳征：多個(gè)領(lǐng)域的專家參與了“天宮課堂”備課，包括航天系統(tǒng)的專家、高校教師與科研人員、中小學(xué)老師等。“天宮課堂”開課前，航天員需要反復(fù)測(cè)試保證實(shí)驗(yàn)效果，他們把測(cè)試結(jié)果反饋給地面的專家組，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)確認(rèn)和溝通。大家看到的授課內(nèi)容只有幾十分鐘，但實(shí)際上準(zhǔn)備過(guò)程很長(zhǎng)。

兩艙接力本次“天宮課堂”與以往大有不同

本次中國(guó)空間站“天宮課堂”與以往大有不同，不光是“主講老師”由神十四航天員乘組首次擔(dān)任，授課環(huán)境也有了很大的變化，究竟有哪些不同呢？

“天宮課堂”的“講堂”在以往天和核心艙的基礎(chǔ)上，新增了問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙，這樣“太空教師”的活動(dòng)范圍更大了，相應(yīng)在直播當(dāng)中用到的攝像機(jī)機(jī)位和保障設(shè)備變得更多，地面調(diào)度的操作也更加復(fù)雜。

北京航天飛行控制中心通信調(diào)度原旭東：我們采用了問(wèn)天艙和天和艙兩艙切換跟蹤的模式，每個(gè)艙都可以下傳同樣的攝像機(jī)（圖像），包括話音。通過(guò)兩艙的話音級(jí)聯(lián)、圖像下傳，確保整個(gè)（太空授課）圖像話音流暢。兩艙接力過(guò)程中，為了保障授課效果，我們也是精心設(shè)計(jì)，再結(jié)合授課腳本進(jìn)行圖像話音切換。

“天宮課堂”的直播信號(hào)主要通過(guò)“天鏈”中繼衛(wèi)星回傳到地面。在這次的太空授課中，飛控團(tuán)隊(duì)也首次采用了雙中繼衛(wèi)星分別跟蹤的方式，確保圖像話音穩(wěn)定回傳。

北京航天飛行控制中心通信調(diào)度原旭東：一顆天鏈中繼衛(wèi)星跟蹤問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙，另外一顆中繼衛(wèi)星跟蹤天和核心艙，兩個(gè)跟蹤弧段是有交疊的，首先問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙進(jìn)行圖像話音的下傳，然后在中間兩個(gè)星的搭接弧段，我們擇機(jī)進(jìn)行圖像話音的切換。

為確保回傳到地面的圖像話音穩(wěn)定流暢，科技人員也制定了周密的方案預(yù)案，所有的努力都是為了向廣大青少年呈現(xiàn)一堂精彩的太空授課。

北京航天飛行控制中心通信系統(tǒng)工程師孫宇：在設(shè)備層面，圖像和話音傳輸都采用了主備份的實(shí)施方案，在鏈路傳輸上也采用了專線和聯(lián)通線路的雙備份方式。此外還采用央視光端機(jī)作為第三路由，進(jìn)一步提高圖像話音質(zhì)量和傳輸?shù)目煽啃浴?

什么樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目才能入選天宮課堂?

中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心航天員訓(xùn)練教員石玉生：我們?cè)谶x擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的時(shí)候，主要有以下幾點(diǎn)考慮：第一是天地的現(xiàn)象差異一定要顯著，第二是科學(xué)原理要清晰，第三是整個(gè)的視覺(jué)效果要好，要具有傳播性，能夠起到真正的科普效果。這次授課，相比前幾次授課有了進(jìn)一步的創(chuàng)新，首先就是航天員老師將在全新的問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙段授課，演示天地迥異的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)一步激發(fā)同學(xué)們對(duì)于日常現(xiàn)象的思考；同時(shí)還將首次展示空間站植物研究項(xiàng)目的科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，進(jìn)一步展現(xiàn)我們國(guó)家的空間站作為國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室的強(qiáng)大科研能力。

“天宮課堂”第一課太空科普真精彩

回顧一下之前的兩次“天宮課堂”。去年12月9日，“天宮課堂”第一課開講，當(dāng)時(shí)在軌飛行的神舟十三號(hào)乘組的翟志剛、王亞平、葉光富給廣大青少年帶來(lái)一場(chǎng)精彩的太空科普，太空轉(zhuǎn)身、水膜張力、泡騰片實(shí)驗(yàn)等演示讓同學(xué)們大開眼界。

授課中，航天員介紹展示了空間站工作生活場(chǎng)景，演示了微重力環(huán)境下細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)、人體運(yùn)動(dòng)、液體表面張力等神奇現(xiàn)象，并講解了實(shí)驗(yàn)背后的科學(xué)原理。

在不借助外力的情況下，采用“游泳”的姿勢(shì)或使用吹氣的方法，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)身自由。而當(dāng)舉起手臂畫圈時(shí)，便可以緩慢朝某一方向轉(zhuǎn)身。

在浮力消失實(shí)驗(yàn)中，航天員王亞平將乒乓球放入水中，用吸管將它推動(dòng)到水面以下，乒乓球沒(méi)有像在地球上一樣快速浮上水面。

在水膜張力實(shí)驗(yàn)中，王亞平制作了一個(gè)水膜，當(dāng)王亞平把美麗的紙花放在水膜上時(shí)，花朵在太空中綻放開來(lái)。

在水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，王亞平向水球中注入氣泡，水球中形成了一正一反兩個(gè)人像。

在泡騰片實(shí)驗(yàn)中，王亞平向注入藍(lán)色顏料的水球中放入泡騰片，泡騰片入水后產(chǎn)生大量氣泡。

“天宮課堂”第二課“冰雪頂流”齊上陣

今年3月23日，神舟十三號(hào)航天員又給我們帶來(lái)了“天宮課堂”第二課，太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)、太空拋物實(shí)驗(yàn)等又一波展示讓同學(xué)們記憶深刻。

在約45分鐘的授課中，航天員演示了微重力環(huán)境下太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)、液橋演示實(shí)驗(yàn)、水油分離實(shí)驗(yàn)、太空拋物實(shí)驗(yàn)，講解了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，還展示了部分空間科學(xué)設(shè)施。

在太空“冰雪”實(shí)驗(yàn)中，過(guò)飽和乙酸鈉溶液球是飄浮在空中的，是在懸浮條件下完成的結(jié)晶變化，產(chǎn)生的外形和結(jié)晶的結(jié)構(gòu)不受重力影響。

在液橋演示實(shí)驗(yàn)中，向同學(xué)們演示失重環(huán)境下水的表面張力作用。

在地面上，水和油裝在一個(gè)容器里，會(huì)自然分層，在空間站又會(huì)怎樣呢？可以看到，水和油并沒(méi)有自然分層，不過(guò)，航天員葉光富快速旋轉(zhuǎn)小瓶，水和油在離心作用下實(shí)現(xiàn)了分層。

在太空拋物實(shí)驗(yàn)中，王亞平和葉光富相對(duì)拋出冰墩墩，冰墩墩并沒(méi)有像在地面那樣很快落地，而是沿原有方向做著近似勻速直線運(yùn)動(dòng)。在空間站微重力的環(huán)境下，物體運(yùn)動(dòng)幾乎不受重力的影響。

太空授課已開展多次課程設(shè)計(jì)有何講究？

“天宮課堂”推出以來(lái)，已經(jīng)成功舉行了兩次太空授課，“天宮課堂”第三課的課程表也已經(jīng)公布了，那么幾次太空課程中不同的課程設(shè)計(jì)有何講究？

“天宮課堂”授課專家組成員北京交通大學(xué)副教授陳征：“天宮課堂”第一課主要面向小學(xué)生，注重趣味性。“天宮課堂”第二課主要面向初中生，向下輻射小學(xué)生，向上輻射高中生和全社會(huì)的愛(ài)好者，有關(guān)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容增加了，在保持趣味性的同時(shí)，讓大家了解科學(xué)家在上面干什么，科學(xué)實(shí)驗(yàn)做什么。“天宮課堂”第三課將更深入更立體，參與性更強(qiáng)。