北京中学生研制太空舱 将果蝇发射到70千米高空

  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。

  “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。

  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。

  “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。