太空實(shí)驗(yàn)背后，科學(xué)道理告訴你

制作水膜和水球：表面張力
    太空中的液體處于失重狀態(tài)，表面張力決定了液體表面的形狀，水膜實(shí)驗(yàn)中，表面張力使水膜像橡皮膜一樣搭在金屬環(huán)里
    航天員向水膜上不斷注入水時，水的受力主要是無數(shù)個水分子之間的引力，這些水就能夠均勻分布在水膜周圍，在體積一定的情況下，由于張力，會盡量使液體表面積小，而球面的表面積小
    表面張力
    在水表面的一個水分子因上層空間氣相分子對所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導(dǎo)致液體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力
    擴(kuò)散原理
    對水球進(jìn)行染色用到的是擴(kuò)散原理。因?yàn)闆]有重力，所以染料沒有固定去向，向四面八方均勻擴(kuò)散
    氣泡受力
    地球上，水中的氣泡受到的壓力上小下大，因而自然向上
    太空中的氣泡受力是均勻的，因而會安靜地呆在水球中
    資料來源：新華社許青天 制圖
     
    

質(zhì)量測量：牛頓第二定律
    天宮一號里的“質(zhì)量測量儀”直接運(yùn)用牛頓第二定律。王亞平操作的儀器測得的是聶海勝撞向一個平面時的速度v，儀器又記錄下了時間t，因此根據(jù)v＝at計(jì)算出加速度a，再根據(jù)已知的彈簧回復(fù)力，根據(jù)F＝ma，算出聶海勝的質(zhì)量
     
    

單擺運(yùn)動：太空失重
    在地面上，一旦松手，在重力和拉力的合力下，小球會作單擺運(yùn)動
    在太空中輕輕推小球一下，小球會在細(xì)繩的牽引下做圓周運(yùn)動。而在地面上，需要給小球足夠大的初速度，才能使它克服地球重力的阻礙，實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動
     
    

陀螺運(yùn)動：角動量守恒
    轉(zhuǎn)動的陀螺具有定軸性，定軸性遵守角動量守恒原理。航天員瞬時施加的干擾力不能產(chǎn)生持續(xù)的力矩，由于角動量守恒，旋轉(zhuǎn)陀螺的旋轉(zhuǎn)軸就不會發(fā)生很大改變
     
    上海航天院多項(xiàng)成果應(yīng)用于天宮音畫傳輸
    “太空授課”畫質(zhì)堪比升級版DVD
      （劉錕）昨天，當(dāng)300多公里外的天宮一號傳來我國首位“太空教師”王亞平授課的清晰視頻時，上海航天技術(shù)研究院電子所的專家們熱淚盈眶。太空授課的每一個畫面，航天員的一顰一笑，都離不開背后電子所20多年的默默耕耘。
    電子所老專家陳相周說，這次長達(dá)40分鐘的授課中，電子所研制的圖像、話音產(chǎn)品，以及高速通信處理器發(fā)揮重要作用，整個過程的圖像和話音信號通過高速通信處理器整合后，由中繼衛(wèi)星傳送到地球。
    “如果說神舟五號的圖像是VCD水平，那么神八以后就是DVD水平?！彪娮铀鶎＜依钯t笑言，這次太空授課的畫面質(zhì)量可以達(dá)到“升級版DVD”水準(zhǔn)了。據(jù)介紹，神五時，只在返回艙內(nèi)安裝了一個攝像頭，如今早已增加到4個，可以拍攝艙內(nèi)和艙外多個視角。隨著攝像頭像素和每秒傳輸幀數(shù)的提高，數(shù)據(jù)鏈路的寬帶要求也大大增加。為此，電子所科研人員采取國際新的圖像壓縮編碼技術(shù)。到天宮一號和神八時，已實(shí)現(xiàn)天地間雙向傳輸圖像數(shù)據(jù)。
    天宮一號上采用了更為先進(jìn)的壓縮編碼技術(shù)，由于借力中繼衛(wèi)星，數(shù)據(jù)傳輸速率是飛船的近4倍。因此，用天宮一號艙內(nèi)攝像頭拍到的王亞平太空授課圖像，將比飛船傳輸?shù)降孛娴膱D像更為清晰，這也是為何選擇在天宮而不在飛船授課的原因。
    早在神五時代，天地通話已不是問題。從神六開始，飛船上就可搭載一個海事終端設(shè)備，初步驗(yàn)證采用ACC編解碼技術(shù)后，可以較好地傳輸音樂，音質(zhì)賽過MP3、MP4。針對女航天員，電子所研制的話音設(shè)備可以將來自音源的話音信號經(jīng)過一系列信號處理，因此王亞平的話音比在地面聽上去更悅耳。
    細(xì)心的觀眾可能發(fā)現(xiàn)，在太空直播的央視畫面的右上方有“天鏈”兩字?！罢翘戽溡惶栔欣^衛(wèi)星的全覆蓋，才使40多分鐘的太空授課保持不中斷”。2012年7月25日，我國發(fā)射“天鏈一號03星”后，實(shí)現(xiàn)了“天鏈一號”中繼衛(wèi)星全球覆蓋。專家表示，神十是第一個“享受”我國中繼衛(wèi)星全球系統(tǒng)服務(wù)的載人飛船，可實(shí)現(xiàn)天地24小時隨時視頻通話。
          去太空做實(shí)驗(yàn)，真是件美妙的事
     （ 彭薇）
    在太空中，陀螺的運(yùn)動軌跡是怎樣的？飄浮的水珠可以形成水膜嗎……昨天，中國航天員王亞平在“天宮一號”空間站當(dāng)了一回“老師”，滬上航天特色學(xué)校的120多名青少年愛好者匯聚中福會少年宮，收看這難得一見的“太空課堂”。
    王亞平接連展示太空質(zhì)量測量、單擺運(yùn)動、陀螺運(yùn)動、制作水膜和水球等實(shí)驗(yàn)，臺下觀看的孩子們摒住呼吸，目不轉(zhuǎn)睛。
    很多孩子對太空中的水很感興趣。自然條件下，水是從高往下流，在太空環(huán)境中是怎樣呈現(xiàn)的？當(dāng)王亞平制作出“水膜鏡子”時，孩子們張大了嘴巴：“雖然太空上不可能有‘飛流直下’的壯觀水景，但可以變出晶瑩剔透的水球。”
    有趣的太空實(shí)驗(yàn)讓孩子們應(yīng)接不暇，航天員演示結(jié)束，他們意猶未盡，許多小手齊刷刷舉起來，小腦袋里有提不完的問題。上海航天技術(shù)研究院805所工程師鄒曉宏則現(xiàn)場鼓勵青少年，“隨著科技的發(fā)展，太空不再那么神秘，但宇宙還有很多未知，等待你們?nèi)ヌ剿?。”觀摩結(jié)束，閔行紫羅蘭學(xué)校四年級學(xué)生黃尚熙一臉興奮：“我要趕緊回家，再翻一翻《十萬個為什么》。我以后也想當(dāng)個航天員，去太空做實(shí)驗(yàn)真是一件美妙的事?！?BR>    中福會少年宮科技老師周建中說，“太空實(shí)驗(yàn)以一種新穎而神奇的方式，激發(fā)了孩子們探索宇宙、探索科學(xué)的熱情。也許幾十年后，他們中的一些人會加入這一行列