太空實驗背后，科學道理告訴你

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，水膜實驗中，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，結果導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
    擴散原理
    對水球進行染色用到的是擴散原理。因為沒有重力，所以染料沒有固定去向，向四面八方均勻擴散
    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
     
    

質量測量：牛頓第二定律
    天宮一號里的“質量測量儀”直接運用牛頓第二定律。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計算出加速度a，再根據(jù)已知的彈簧回復力，根據(jù)F＝ma，算出聶海勝的質量
     
    

單擺運動：太空失重
    在地面上，一旦松手，在重力和拉力的合力下，小球會作單擺運動
    在太空中輕輕推小球一下，小球會在細繩的牽引下做圓周運動。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，實現(xiàn)圓周運動
     
    

陀螺運動：角動量守恒
    轉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，旋轉陀螺的旋轉軸就不會發(fā)生很大改變
     
    上海航天院多項成果應用于天宮音畫傳輸
    “太空授課”畫質堪比升級版DVD
      （劉錕）昨天，當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量可以達到“升級版DVD”水準了。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。到天宮一號和神八時，已實現(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的壓縮編碼技術，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備，初步驗證采用ACC編解碼技術后，可以較好地傳輸音樂，音質賽過MP3、MP4。針對女航天員，電子所研制的話音設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)服務的載人飛船，可實現(xiàn)天地24小時隨時視頻通話。
          去太空做實驗，真是件美妙的事
     （ 彭薇）
    在太空中，陀螺的運動軌跡是怎樣的？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”空間站當了一回“老師”，滬上航天特色學校的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量測量、單擺運動、陀螺運動、制作水膜和水球等實驗，臺下觀看的孩子們摒住呼吸，目不轉睛。
    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?！?BR>    有趣的太空實驗讓孩子們應接不暇，航天員演示結束，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??！庇^摩結束，閔行紫羅蘭學校四年級學生黃尚熙一臉興奮：“我要趕緊回家，再翻一翻《十萬個為什么》。我以后也想當個航天員，去太空做實驗真是一件美妙的事。”
    中福會少年宮科技老師周建中說，“太空實驗以一種新穎而神奇的方式，激發(fā)了孩子們探索宇宙、探索科學的熱情。也許幾十年后，他們中的一些人會加入這一行列