中學生設計太空艙 發射到7萬米高空

北京八一學校和石家莊鹿泉一中近40名學生參與了設計；系全國首個中學生太空生物實驗艙

學生參與設計的“方舟一號”太空生物實驗艙。

參與“方舟一號”設計的八一學校學生代表與即將發射的火箭合影。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名學生參與了設計。“方舟一號”搭載果蠅蟑螂，研究太空環境對睡眠的影響。目前先驗證了實驗艙的自主定位、返回式著陸搜救以及數據回傳功能。

關注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，依托學校空間生命科學實驗室、北京航科方舟空間技術有限公司、中科院城市環境研究所支持。“方舟一號”攜帶了百余只果蠅和幾只蟑螂，預想通過研究太空環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，是設計者之一，去年暑假加入了團隊，她所在的小組需要自主設計一個研究果蠅生命節律的實驗方案。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，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。

“太空生存環境惡劣，很多宇航員出現睡眠障礙問題。為了解空間環境下的睡眠規律，我們決定先選取果蠅進行動物實驗。”參與項目的中科院城市環境研究所相關負責人介紹。

據介紹，果蠅的一部分基因與人類同源，并且像人類一樣受晝夜節律和環境的影響。實驗顯示，果蠅對太空環境的應激做出積極的響應，較小的體積能以最小化的資源需求生存。

關注2 設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部結構設計，需要繼續進行編程，確保實驗艙能自動運轉，在無人操作的情況下，自我調整內部溫度、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，張馨心連續三天不停寫程序，“有時候睡覺都在想編程”，張馨心說，數不清程序出了多少次錯，只記得當監視器上出現第一個正確讀數時，她興奮得叫了出來。

在最終的“方舟一號”太空生物實驗艙設計方案評選時，張馨心所在小組的設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，“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。”

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”的發射時間臨近期末，父母也支持她前往內蒙古阿拉善見證實驗艙發射升空。“很感激爸爸媽媽給了我勇氣。”

關注3 實驗最終結果如何？

實驗艙設備承受住了高溫、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射，導致為夜間發射設計的實驗艙內溫度超過了“乘客”適宜的生存溫度。

得知結果，張馨心和她的小伙伴們表示不會輕易放棄。

“實驗艙設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，對于未來的專業或興趣發展有一個初步認識，發現自己擅長或不擅長的領域。”陶祥明說。

據悉，“方舟一號”本計劃跟隨今年下半年發射的“八一02星”進入太空，但因實驗艙尺寸等問題無法實現，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據回傳功能。

目前“方舟一號”太空生物實驗艙存放在中科院城環所物理環境研究組北京實驗室，實驗艙回傳的艙內物理環境、溫濕度、氧氣二氧化碳含量等數據，相關專家正在分析。

■ 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計活動在八一學校已有先例。2016年12月28日，國內首顆中學生科普小衛星“八一·少年行”在太原發射，八一學校的學生參與了衛星的設計與研制過程，并主導完成了衛星的載荷設計。

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，通過衛星研制等項目帶領學生參與科研。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境所、航天科技教育聯盟等單位支持下，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也做了改進。初中課程建設中增強了數學、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新與技術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)