2019-06-27 17:48:49新京报 记者:黄哲程 编辑:张畅
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北京一帮中学生研制太空舱 把果蝇发射到70千米高空

2019-06-27 17:48:49新京报 记者:黄哲程

​“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。实验目的是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对策。


新京报讯(记者 黄哲程)6月17日下午3点30分,内蒙古阿拉善,一枚探空火箭发射,向70千米高空疾驰,拖曳出一条白色的“尾巴”。这枚火箭上搭载的是中国首个中学生太空生物实验舱——“方舟一号”。

 

现场目睹火箭成功发射,北京市八一学校高二学生张馨心兴奋不已,她正是“方舟一号”的设计者之一。


火箭发射现场。


中学生为谁造了太空舱?

果蝇和蟑螂是第一批“乘客”


 “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。

 

这个由中学生设计研制的太空舱原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,最终改为由探空火箭于6月17日将其送至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。

 

 “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对策。

 

张馨心是5名前往内蒙古阿拉善发射现场观摩的学生之一,也是“方舟一号”项目的全程参与者,去年暑假就加入了团队。

 

第一次参与活动时,张馨心有些手足无措,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,经常一个问题还没解决,又出现了新的问题。

 

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。“这些问题一环扣一环,解决问题的过程很有趣,就像解谜游戏。”张馨心说。

 

为什么选择将果蝇带上天?参与项目的中科院城市环境研究所相关负责人介绍,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,习惯每天在固定时间睡觉,是研究人类睡眠的新模型。多次实验显示,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下来。


回收后的“方舟一号”太空生物实验舱。


太空舱有什么难做的?

要保证无人操作下温度湿度很合适

 

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,早上八九点来学校到晚上五点回家,其间一直用电脑编程、测试,回家后继续忙到八九点。“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,当众作了汇报,感觉像农村丫头进城了”。

 

参与项目期间,她偶尔会担心做不好,萌生退意,父母都会鼓励她继续参与,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。”张馨心说。

 

果蝇送进太空了吗?

对不起“乘客”,发射时温度太高了

 

“这次试验略有遗憾”,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,太阳辐射强,导致为夜间发射设计的实验舱内温度超过了果蝇适宜的生存温度,果蝇没能存活下来。

 

得知果蝇没能存活,张馨心和她的小伙伴们没有气馁,“没关系,失败是成功之母。”

 

尹依岚也是项目的参与者,“实验中遇到难题时,大家互相鼓励,坚持做下去,很少放弃。”尹依岚说,回想起之前的经历,她也不会轻易放弃。

 

“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,将果蝇送入太空,进一步研究其在太空中的睡眠规律和影响因素。

 

“开展这些活动,不是单纯为了提高学生的知识和能力,而是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。”陶祥明介绍,通过合作把一些科研院所或高校的实验项目下放到中学,能让学生拓宽视野,参与科技实践也是学生成长过程中很好的经历。


参与“方舟一号”设计的八一学校学生代表与火箭合影。

 

新闻背景

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试验、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。

 

每周六上午,学校面向高一学生开设跨学科项目式课程。在基于实际工程实践的一些项目式课程中,将卫星研制工程的实践活动分解成13个教学模块,开展了卫星研制、载荷设计和卫星应用等不同的项目式课程。

 

“学校希望通过项目式课程方式,让学生关注核心知识和挑战性问题,引导学生在学习过程中探索实践,提升核心素养。”陶祥明表示。

 

新京报记者 黄哲程 编辑 张畅 校对 李项玲

图片、视频均由受访者提供

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