想在太空喝口熱茶，水該如何加熱？在太空中會不會得蛀牙，牙疼怎么辦？蜘蛛在失重狀態(tài)下還能結(jié)網(wǎng)嗎？……

　　別著急，來自北京市第一零一中學(xué)的孩子們，為探究這些問題的答案已經(jīng)做了詳細的實驗設(shè)計。由中國科協(xié)、中國科學(xué)院、中國載人航天工程辦公室、中國航天科技集團公司主辦，中國科協(xié)青少年科技中心、中國宇航學(xué)會承辦的“2017年空間站搭載青少年科學(xué)實驗方案征集活動”于日前公布了評審結(jié)果。北京市第一零一中學(xué)的創(chuàng)意少年們拿下兩個一等獎、三個三等獎。

　　主辦方表示，根據(jù)我國載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略，我國將于2022年前后建成空間站并正式運營。活動將選出優(yōu)秀獲獎作品并對獲獎學(xué)生進行表彰獎勵，同時將舉辦航天訓(xùn)練營，在專家指導(dǎo)下對部分獲獎作品進行完善，并最終選出部分作品作為空間站太空探索實驗室的實驗備選方案。

　　太空中燒水能更快一些嗎？

　　《探究太空中水的傳熱規(guī)律實驗方案》是榮獲此次比賽一等獎的十個項目之一，這一項目背后的主導(dǎo)者是北京市第一零一中學(xué)的高二學(xué)生鄧櫳濤。談及設(shè)計這個項目的初衷，鄧櫳濤說自己還是受到了一群美國高中生的啟發(fā)。原來，在得知“中國空間站青少年科學(xué)實驗計劃”之后，鄧櫳濤立馬就產(chǎn)生了濃厚的興趣，投入到了知網(wǎng)、美國航空航天局的海量資料中。一次在登錄美國航空航天局官網(wǎng)時他看到，美國有一群高中生做了一個關(guān)于太空中空氣傳熱的實驗，為的是解決國際空間站電路和電子設(shè)備的散熱問題。“那我是不是可以探究一下水的傳熱規(guī)律呢？”

　　進一步了解后他發(fā)現(xiàn)，目前太空中對水的加熱方式并不理想：加熱機器笨重，加熱不均勻，加熱效率低，對資源浪費較大。比如，“星辰號”服務(wù)艙烤箱加熱2千克左右的食品，就需要20分鐘到30分鐘。“因為在在軌航天器所處失重環(huán)境下，液體內(nèi)部不存在因密度差導(dǎo)致的浮力作用，也就是說，冷水熱水不會因密度差別而產(chǎn)生冷熱對流，所以在微重力環(huán)境下液體的傳熱規(guī)律與地面有所不同。”鄧櫳濤解釋道，探究出太空中水的傳熱規(guī)律之后，就可以為將來對太空水加熱方式與加熱器的設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。

　　為此，鄧櫳濤設(shè)計了兩組實驗：一組在地面進行，一組在空間站中進行；分別分析時間與溫度變化的關(guān)系。鄧櫳濤解釋說，根據(jù)理論推導(dǎo)，因為地面實驗受重力場影響，在加熱的過程中存在熱對流現(xiàn)象，所以在地面環(huán)境中加熱的效率較高；而在太空中對密閉容器中的水加熱時，熱只通過熱傳導(dǎo)的方式傳播，不會有熱對流的產(chǎn)生，因此地面組實驗的加熱效率應(yīng)該比太空組的快。通過實驗數(shù)據(jù)的記錄，我們可以得出太空中水的導(dǎo)熱率。“如果理論推導(dǎo)結(jié)論得以驗證，以后在太空中對水加熱時，就可以引入一個離心力場使水中產(chǎn)生熱對流，從而來提高水的加熱效率。”

　　蜘蛛在太空中還能結(jié)網(wǎng)嗎？

　　北京市第一零一中學(xué)初一年級韓佳的項目是《微重力環(huán)境下的蜘蛛結(jié)網(wǎng)實驗》，這個項目在比賽中獲得了三等獎。他說，設(shè)計這個項目更多的是源自自己的好奇心。有次上體育課自由活動時，他觀察到了柵欄上一只正在結(jié)網(wǎng)的蜘蛛，聯(lián)想到方案設(shè)計活動，便突發(fā)奇想，“蜘蛛在太空中會結(jié)網(wǎng)嗎？如果會的話，結(jié)的又會是什么形狀的網(wǎng)呢？”

　　查閱資料后，韓佳發(fā)現(xiàn)，地面環(huán)境與太空環(huán)境的不同，還真有可能對蜘蛛結(jié)網(wǎng)造成一定影響：在地面環(huán)境時，蜘蛛通過重力判斷方向，結(jié)網(wǎng)時也可以通過重力來實現(xiàn)蛛絲的下垂，并根據(jù)風(fēng)向?qū)ふ夜讨c，從而完成第一根絲的架設(shè)。

　　而在太空的微重力環(huán)境下，蜘蛛結(jié)網(wǎng)又會是怎樣的情形呢？韓佳做了4種情況的假設(shè)：一種是蜘蛛無法適應(yīng)微重力環(huán)境，在微重力環(huán)境下無法進行捕食，數(shù)天后逐漸萎靡，直至死亡；一種是蜘蛛在微重力環(huán)境下無法正常爬行，因此無法織網(wǎng)；稍微樂觀的情況是，蜘蛛可以正常生存，但由于微重力環(huán)境影響，蜘蛛吐出的絲在空中雜亂分布，最終粘連在一起，無法實現(xiàn)蛛網(wǎng)的編織；最后一種情況與之類似，由于沒有重力，蜘蛛無法判斷行走的方向，最終織出的網(wǎng)不是平面，而是雜亂無章的。

　　為了驗證自己的假設(shè)，韓佳設(shè)計了一個鏈條完整的生態(tài)箱：蜘蛛、供蜘蛛食用的果蠅、果蠅食物；為了方便蜘蛛的爬行，要把生態(tài)箱四周內(nèi)壁進行粗磨砂處理，并粘上特殊的無紡布。按照方案征集活動的要求，參與者在進行實驗設(shè)計時不需要額外的氣、液體支持，因此，韓佳又在生態(tài)箱里設(shè)置了釋放氧氣、吸收二氧化碳的植物。此外，為了保證蜘蛛的正常生存，還需要為蜘蛛提供適宜的溫度和濕度，因此在實驗箱內(nèi)又設(shè)計安裝了自動的溫度控制裝置和濕度控制裝置；同時裝有攝像頭和照明燈，用于觀察蜘蛛在太空中的生活和織網(wǎng)過程。

　　“版本改了好多次，一次比一次具體。”韓佳在一次次反復(fù)的完善過程中感受到了科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性，比如，最后一個版本中，經(jīng)老師的指導(dǎo)，韓佳加上了所設(shè)計生態(tài)箱的圖紙，包括俯視圖、正視圖等。

　　“我希望通過這個實驗設(shè)計，可以分析出微重力對節(jié)肢動物生存的影響，以及微重力對蜘蛛織網(wǎng)過程的影響，為其他動物進行微重力生存實驗提供參考。”

　　在空間站得了齲齒怎么辦？

李約

　　來自北京市第一零一中學(xué)初中二年級的李約飽受牙病困擾，“一家人牙都不好，每次看牙時都很痛苦。”因此，在得知空間站實驗方案征集活動時，他第一時間做了情感遷移，“如果真在天上犯了牙疼，來回一趟可不容易。”

　　于是，李約把主題瞄向了導(dǎo)致齲齒的主要致病菌——變異鏈球菌，“空間站治療條件有限，所以最好還是不要得病，我就想了解導(dǎo)致齲齒病害的菌在空間站的生長情況。”李約了解到，其實空間環(huán)境對微生物的影響此前早有相關(guān)研究，微生物的致病性、生長繁殖速度等生物學(xué)性狀在空間環(huán)境中都表現(xiàn)出了明顯變化，比如，在對感染鼠傷寒沙門氏菌小鼠的致死率研究中發(fā)現(xiàn)，尾懸吊小鼠口腔接種鼠傷寒沙門氏菌實驗的致死劑量較正常小鼠接種劑量顯著減少，沙門氏菌在微重力處理 83小時后毒力更強，感染小鼠的死亡率為地面對照菌的3倍。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，空間環(huán)境能使致病菌產(chǎn)生不能被機體免疫系統(tǒng)識別或被抗生素清除的生物保護膜，從而導(dǎo)致細菌的致病性增強。

　　會導(dǎo)致齲齒的變異鏈球菌又是什么情況呢？李約設(shè)置了地面和空間兩組對照實驗，觀察細菌在不同環(huán)境下的生長曲線，以此確認(rèn)空間環(huán)境是否會加速變異鏈球菌的生長速度。此外，由于變異鏈球菌是通過分泌酸性物質(zhì)來腐蝕牙釉質(zhì)，因此通過測定培養(yǎng)基的pH值，可以來驗證空間環(huán)境是否會讓變異鏈球菌變得更酸，從而增強了對牙齒的破壞作用。

　　李約顯然并不滿足于僅僅觀察致病菌的變化，萬一在太空中真的牙疼，用藥效果如何？跟地面相比是不是也有所區(qū)別？因此，他又設(shè)計了對照實驗，以明確空間環(huán)境對變異鏈球菌耐藥能力的影響。

　　李約希望，自己最終的實驗結(jié)果，可以為在空間站發(fā)生口腔疾病的航天員提供用藥指導(dǎo)。（記者 牛偉坤）

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責(zé)任編輯： 邱麗芳