作者：沈羡云 编著
出版社：化学工业出版社
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奇妙的太空课堂试读：
序言
航天科学和技术对人类的贡献越来越获得人们的认同，但是世界各国航天事业的发展却面临人才断层的情况。现在的客观环境与20世纪五六十年代航天创业时有很大差别，较多优秀学生流向法律、经济、信息技术和信息产业等热门专业，航天队伍已很难吸引最优秀的学生。随着第一代创业者的陆续退休，接班人的问题越来越突出。因此，加强航天教育，吸引更多的人加入航天队伍已成为21世纪航天事业能否持续发展的一个重要方面。
为了激发青少年对航天科学技术的兴趣，为航天事业培养接班人，许多国家已对航天教育采取了一些措施。美国航空航天局（NASA）在1998年制订的战略计划中规定了“教育优先”的原则，要求把教育界卷入NASA的各项目，并每年投入1亿～1.5亿美元经费用于航天教育。在美国，各州政府负责中小学航天教育，NASA把航天教育的责任下放到它分布在美国的10个研究中心，他们分别负责与全国50个州及特区联系，组织各种与航天有关的课外活动，进行有关航天知识教育，鼓励和帮助大、中、小学生参加太空实验。欧洲航天局（ESA）为了培育未来的航天专家和航天工程师，鼓励大学生们学会自己制造卫星、发射火箭，将创意和实验带到空间站，并为他们提供了极好的实践平台。同时，还在互联网上设置了“儿童区”，专门对儿童进行航天知识教育。俄罗斯宇航局更是具体地规定了航天教育的几点主要目标。中国对青少年的航天教育也比较重视，多次进行了“中国青少年航天飞机科学实验方案”征集活动，让青少年积极参加航天飞机的搭载实验。最近，一些名牌大学设计的各种月球车，也让中国大学生的形象大放异彩。
随着“神舟五号”发射成功，中国载人航天正式进入国际载人航天的队列，“神舟七号”航天员翟志刚进入太空，进一步推动我国载人航天事业向更高水平发展，中华民族的载人航天事业前景壮观、任重道远。但是，中国的航天事业也急切地需要大量的接班人，从小向青少年灌输航天知识，培育青少年立志投入航天事业的决心是保证我国航天事业发展的关键。由于我国载人航天刚起步，在这方面较美国、欧洲国家和俄罗斯等国还有一段距离，没有展开广泛的学生航天知识教育和让青少年参加太空实验，现在已经发行的中国航天科普书籍中，还没有一部专门介绍学生参加航天活动的书籍。
因此，作者拟向广大学生奉献出《奇妙的太空课堂》一书。该书融科学性、知识性和趣味性于一体，从多角度介绍国内外学生参与太空探索活动的情况，内容丰富、题材新颖、图文并茂、可读性强。希望通过此书进一步激发广大中小学生对宇宙空间的向往和对学习科技知识的热情。
这是一本科普读物，作者力求所提供的资料新颖、准确和有据可查。且书中介绍的内容主要来自于美国航空航天局（NASA）的专业知识报告（NASA/TP-2006-213721）和网站、欧洲航天局（ESA）网站以及一些专业书籍、杂志。但是，由于编者水平有限和篇幅所限，本书不能全面地介绍国内外学生参与的太空活动，仅在每个主题下举出几个例子，希望起到抛砖引玉作用。但愿能够通过此书激发青少年对航天科学研究的兴趣，为今后航天科学研究增添更多的新生力量。编著者2015年5月第一章航天教育纵观
航天科学和技术对人类的贡献越来越获得人们的认同，但是世界各国航天事业的发展却面临人才断层的情况。现在的客观环境与20世纪五六十年代航天创业时有很大差别，较多优秀学生流向法律、经济、信息技术和信息产业等热门专业，航天队伍已很难吸引最优秀的学生。随着第一代创业者的陆续退休，接班人的问题越来越突出。因此，加强航天教育，吸引更多的人加入航天队伍已成为21世纪航天事业能否持续发展的一个重要方面。一、NASA的航天教育在世界各航天大国的航天教育中，美国航空航天局（NASA）表现得最出色，它将航天教育作为自己的三大使命之一，规定了“教育优先”的原则，要求在宇航局的各项任务中都加入航天教育的内容。它通过创办NASA教育网站、制订和实施形形色色的航天教育计划、开发教育网游、积极参与国家提出的“创新夏季计划”等方式激发青少年对航天科学技术的兴趣，为未来的航天事业培养接班人。
为了激发青少年对航天科学技术的兴趣，为航天事业培养接班人，许多国家已对航天教育采取了一些措施，尤其是NASA、欧洲航天局（欧空局）和中国的航天部门更关注自己的接班人问题，挑起了本国航天教育的大梁。其中，NASA表现得更出色，它对自己使命的定义是：“理解并保护我们赖以生存的行星；探索宇宙，找到地球外的生命；启示我们的下一代去探索宇宙”。由此可见，进行航天教育是NASA的三大使命之一，其目的是引起学生们和教师们对太空探索的兴趣，激发他们在科学、技术、工程和数学领域方面研究的兴趣和灵感，吸引更多的学生今后加入到这些领域和航天事业的队伍中来。
早在1998年NASA的战略计划中，就规定了“教育优先”的原则，要求在NASA的各项任务中都加入航天教育的内容，并每年投入1亿～1.5亿美元经费用于航天教育。在美国，各州政府负责中小学航天教育，NASA把航天教育的责任下放到它分布在美国的10个研究中心，他们分别负责与全国50个州及特区联系，组织各种与航天有关的课外活动，进行有关航天知识教育，鼓励和帮助大、中、小学生参加太空实验。NASA的教育网站
要进行航天教育，首先要进行航天教育的宣传。在网络技术迅猛发展的今天，利用网络传媒的新优势进行宣传教育是最快捷、最方便的方法，NASA当然会利用这个有力的工具来进行航天教育了。对公众进行航天教育一直是NASA工作的重要组成部分，NASA设立了专门部门负责航天教育，并建立了自己的宣传网站。在NASA的官方宣传网中，占最显著地位的是“NASA教育”网页（网址：http://www.nasa.gov/offices/education/about/index.html）。网页中的主版块称为“NASA，教育”（NASA，Education），此外还有许多其他的辅助版块，见图1-1。图1-1 NASA教育网
在NASA教育网页中，提出了主要的教育目标：①加强NASA和学生们的联系；②激发学生们对科学、技术、工程和数学的兴趣，为这些领域的研究培养接班人；③为NASA培养接班人。在“教育计划”子栏目下，按照字母的顺序，列出了NASA的教育计划项目，高达80项，可见NASA对学生教育是多么重视。
此网页的特点是分别针对学龄前儿童和小学低年级（Grades K-4）、小学高年级和初中（Grades 5-8）、高中（Grades 9-12）、大学生和研究生（Higher Education）知识水平的不同，提供适合他们的阅读材料或教材，使教师和学生可获取精确到年级的科普资料。网页除设立了上述4个子栏目外，还设立了“非正规教育”、“教学材料”、“教育TV时间表”、“最近的机会”等栏目。对航天教育感兴趣的教师点击“适合于教师”栏目，不仅可以获得适合自己教学所需要的教材和教学用具，而且可以了解最近NASA为学生们提供的参加航天活动的计划，有心的教师有可能通过它为自己的学生争取到参加太空实验的机会。例如，教师点击“Grades 5-8”一栏的“教学材料”，就可以找到很多教学材料，如银河系中的运动物体（图1-2）、天空中星星的发现、空间站介绍、太空植物的生长、空间站进行的实验等。图1-2 银河系中的运动物体
学生们可以根据自己的学识，从不同栏目中学习感兴趣的航天知识和参加NASA有关的活动。例如，“Grades K-4”为适合学龄前儿童和小学低年级学生的栏目，这个年龄段的孩子主要是以“玩”为主，或刚刚转入正规的学习，他们好奇多问、活泼好动、行为和学习缺乏目的性，要让他们掌握深奥的航天知识很困难。因此，NASA根据他们年龄的特点，在这个栏目中，采用讲故事、看图片、放视频、在玩中学、形象化的教学等方式，向孩子们灌输航天知识，激发他们对航天的兴趣，例如，有一个游戏是“帮助我穿上航天服”（图1-3）。但是，Grades 9-12的高中学生，学习的课程多，所学的各门学科基本上反映着自然、社会和精神现象的客观规律，逻辑性、系统性很严密。在学习中要求他们不仅要发挥更大的独立性和自觉性，而且还要具有独立分析问题和解决问题的能力。对这个年龄段的学生，NASA采用介绍比较专业性的航天科普知识、为他们提供参加航天实验机会、鼓励他们参加NASA的航天任务和参加航天知识大赛等方式进行航天知识教育，这些教育可发展他们的智力和能力，促使他们良好个性品质的形成，把他们培养成今后自然科学研究和航天事业的建设者和接班人。图1-3 帮助我穿上航天服
NASA还根据孩子们的特点，设立了“儿童俱乐部”栏目（图1-4）。这个栏目让孩子们充分体验到学习航天知识的乐趣，孩子们可以通过游戏，过一把当“火星航天员”的瘾，也可以随着卡通小动物“雷蒙”参观美国肯尼迪航天中心和航天飞机（图1-5），“雷蒙”与真正航天员的访谈节目还可以使孩子们了解航天员的太空生活，在不知不觉中学习了很多航天知识。图1-4“NASA儿童俱乐部”网页图1-5 随“雷蒙”参观肯尼迪航天中心
NASA的另一项传统是希望可以培养高质量的科学技术、工程学和数学上的本科生和研究生，而这种培养往往是通过科学竞赛或提供实习机会的方式来实现的。2010年3月，NASA就开始了面向公众招募申请者，为其提供到NASA实习或参加科研工作的机会，借此鼓励学生积极参与到科学技术、工程学和数学的研究和空间探索研究任务。其中，表现优秀申请者还可以获得由NASA提供的总额高达970万美元的奖学金。更可贵的是，公众参与过程十分简单和公开透明，所有申请者都可以在NASA的网站上找到、并且申请所有的职位和参加NASA的工作。这些内容在NASA教育网站中也充分地体现出来。形形色色的航天教育计划
NASA充分认识到航天飞机和国际空间站是一个很好的航天教育平台，它利用这个平台开展了一场声势浩大的学生实验和教育活动。概括起来，包含了以下五方面内容。（1）为学生设立、由学生独立完成的实验 这些实验是学生在教师或科技导师的指导下进行的，是专门为学生设立的，由学生自己来完成（图1-6）。例如，“中学生获得地球知识观测（EarthKAM）”是一项对学生进行地理知识教育设立的项目。为了进行此计划，NASA特意在国际空间站上安装了专用照相机，学生通过遥控拍摄了他们需要的地球照片（图1-7）并负责照片的整理工作，国际空间站上的航天员只负责安装和撤卸照相机及传输照片。图1-6 学生参加太空实验宣传图片图1-7 学生们用国际空间站新相机拍摄的第一张地球照片（2）在教室中完成的太空实验 为了让学生们了解太空特殊环境（如微重力、辐射）的影响，学生们在他们自己的教室中完成模拟太空相应条件的实验或进行空间站上专业研究人员正在进行的实验。这些实验的目的是让学生们通过对比地面实验和太空实验的结果，寻找出它们之间的差异，就可以了解太空的微重力等特殊环境的影响。这种类型实验的一个典型例子是学生们在地球上的教室内种植种子，与此同时，航天员在国际空间站上种植同样的种子，对比两组种子发育过程的不同，就可以了解微重力对种子发育的影响。（3）参加NASA的研究实验 NASA的很多研究是招募学生们来帮助完成的。其中的一些实验是专门安排来激发下一代探索者灵感的。另一些是学生们作为“配角”，参加到太空实验中。例如，NASA在国际空间站上进行的一项毛细流动实验（图1-8），目的是观察微重力环境下，复杂几何形状容器内的毛细流动和液体流动情况，其结果可应用到未来太空船的低重力流体系统设计的计算机模型中。在此研究中，招募了很多学生：中学生参加了分析和地面实验，大学生提供实验支持，研究生和博士生进行建模模型和缩减数据的工作。图1-8 航天员和毛细流动实验装置（4）参加国际空间站的工程活动 参加者主要是高等学校的大学生，他们参加国际空间站硬件的研发，或在科学支持中心工作，学习如何参与科学操作活动。典型的例子是麻省理工学院的学生们参与了“球面”零重力实验卫星的研发工作，这颗卫星是放置在国际空间站上用来示范卫星编队飞行的动态过程。学生们参与了概念论证、实验设计、装配、检测和运行全过程。但也有中学生参与航天产品的研制（图1-9）。图1-9 航天专家在辅导中学生研制航天产品（5）教育性示范活动 为了提供航天教育的特殊资源和激励学生们学习航天知识的兴趣，NASA将航天飞机和国际空间站作为一个特殊的“教室”，让航天员在太空进行简单有趣的太空实验，并将它拍摄下来，做成视频教材，提供给学生们，以便进行航天教育。或允许各个年龄段的学生向太空飞行的航天员提问题（图1-10）。这些变化多样的活动，开阔了学生们的眼界，扩展了他们的课堂知识。图1-10 航天员与学生进行视频通话
这些计划为学生们提供了丰富和扩大想象力的机会，并吸引了具有各种水平的学生（包括小学生、中学生、本科生、研究生、博士后）参与此活动。很多中学生参加了国际空间站的研究项目，这些项目有助于他们今后选择数学、自然科学和其他技术领域作为自己终生的职业。很多大学生直接参与国际空间站的研究工作，完成了很多与国际空间站有关的项目。
可能没有其他的方法可以像这种方法一样能够更好地激起下一代科学探索的欲望。这些活动除了使学生们获益外，对教师也有益。在进行每项实验前，首先要培训教师，为教师们召开一些研讨会，让他们首先了解有关的航天知识和如何进行实验的操作，以便能够指导学生进行实验，扩大国际空间站的影响。教师是激发探险精神的巨大源泉，教师们将所学到的知识用于他们的教学，能够吸引更多的学生加入此活动。创新夏季计划
近年来，美国中小学生对数学和科学等知识的兴趣不断减弱，学习动力明显不足，成绩显著下降。例如，在2006年国际学生评估比较项目中，美国学生在30个发达国家中，科学排名第21名，数学排名第25名。长此以往，将对美国保持世界科技领先优势，维持其科技经济头号强国的国家战略产生巨大威胁。在此背景下，于2009年11月23日，奥巴马在全美范围内发起了“创新教育”行动，呼吁联邦政府和所有企事业、科学界联手致力于“创新教育”，动员社会各方力量，通过媒体宣传、电视节目、社区活动、互动游戏、趣味课程等各种方式，吸引中小学生爱科学、学科学、用科学，增强美国学生在科学、技术、工程和数学等方面的兴趣和能力，为大量培养下一代顶尖科学家、工程师、数学家和发明家打下坚实基础。同时，联邦政府拨款1000亿美元用于教育，还动员各企业、科研单位资助。
奥巴马的“创新教育”一提出，得到社会各界的积极响应，纷纷采取行动来回应总统的呼吁。在所有的团体中，由于NASA地位特殊，使命崇高，更能吸引数以千计的中小学教师和学生参与，因此备受关注。NASA以其雄厚科技实力为依托，提出并实施了“创新夏季计划”（图1-11）。在2010年的整个夏季假期，NASA投入大量的资金和人力资源，并与联邦、州和当地政府、非营利机构、大学和高校教师开展合作，为参与该计划的中小学教师和学生制订形式多样、内容丰富的学习计划，既有涉及各学术领域的知识讲座和课程，也有激发想象力和创造力的设计竞赛，更邀请教师和学生直接参与到NASA众多的任务和项目中（图1-12），与专家一道开展科研开发和实际操作。同时，该计划将一直持续下去，在假期结束重返校园后，NASA仍会为那些投身其中的教师和学生继续提供学习和实践的机会。NASA相信通过该计划的实施，将极大地提高教师的素养和能力，进而显著地提高教学水平，极大地激发学生们对科学技术的兴趣，逐步培养他们的科学意识和创新意识。图1-11 创新夏季计划图1-12 创新夏季计划中学生与航天员见面开发教育网游
目前，“沉溺网络”已害了不少青少年，其危害等同于毒品成瘾，不仅影响了青少年的学习和健康，还使一些青少年走上了犯罪的道路。如何利用网络游戏向青少年灌输正确的人生观，帮助他们学习科学知识、扩展视野，是网游设计者们应该考虑的问题。
NASA一直在寻找新的方式来进行航天知识的宣传和教育。他们认为没有人愿意坐下来读一大堆宣传小册子，尤其是孩子们。在美国，网游已经变成一种越来越受欢迎的媒介，如果把航天教育的内容融入到游戏里，加入比赛和社交元素，那么人们就会更感兴趣，会更受孩子们的欢迎。于是，NASA开始向网游界进军，开发了多款以教育为目的网络游戏。下面介绍三款NASA编制的网络游戏。《太空竞赛发射》和《33区》是NASA依靠自己内部的航天学家、教育和编程方面的人才编制的游戏，比较简单，发布在脸谱网（Facebook）和互联网操作系统（iOS）上。《航天员：月球、火星、更远星球》是NASA与三家游戏开发商签约开发的一款大型多人网络游戏，是一款比较复杂的网络游戏，现在还没有完成，正在编制和试用阶段。NASA表示将运营至2035年，游戏最大的意义就是能为普通人提供实现登上其他星球梦想的机会。（1）《太空竞赛发射》（Space Race Blast off） 这是一款以多项选择题形式考验玩家对太空项目认知程度的游戏（图1-13）。玩家可选择单人或多人模式参加游戏。游戏中提出很多与航天有关的问题，例如，“第一位漫步太空的美国人是谁？”“谁发射了第一枚液态燃料火箭？”等。回答正确的玩家可以获得绘有航天员、宇宙飞船和天体等图形的虚拟徽章。要玩这款游戏，玩家必须熟悉NASA的历史和研究，“迫使”玩家学习这方面的新知识，了解到探索太空如何影响我们的世界。这款游戏向人们充分展示了NASA最近的项目和科研成果。图1-13 太空竞赛发射（2）《33区》（Sector 33） 这是一款由NASA艾姆斯研究中心开发的游戏，游戏的目的是推广自然科学、工程学和数学知识，简单而言它就是一个类似飞行控制的游戏，只是牵涉到更多数学，但界面没有那么多的彩色（图1-14）。在此游戏中，为孩子们提供基本数学和自然科学的模拟和其他练习。新的游戏采用了Smart Skies软件里的航空交通控制模拟器，在进行此游戏时，孩子们就会像一个空中交通指挥官一样，指挥着天空中的交通，体验到在NASA工作的感觉。这个游戏中并没有加入太多的分析功能，而是用积分和等级来使这款应用更加游戏化。NASA希望孩子们通过游戏对这些领域感兴趣，成为对未来航天领域有贡献的人才。图1-14 《33区》游戏截图（3）《航天员：月球、火星、更远星球》（Astronaut: Moon, Mars And Beyond） 当一名航天员是许多孩子的梦想，尤其是成为未来月球、火星探索的航天员更是孩子们的美好憧憬。在现实中只能有少数人能成为航天员，但是在网络游戏《航天员：月球、火星、更远星球》中，人人都可以成为探索遥远星球的航天员。这款游戏是NASA“ 太空网游”计划的一部分，是一款比较复杂的游戏，是NASA与三家游戏开发商签约开发的一款大型多人网络游戏（图1-15）。图1-15 《航天员：月球、火星、更远星球》
玩家在这款游戏中将扮演机器人专家、太空地质学家、天体生物学家等，和别的玩家一起组成科考小分队，一起到其他星球上执行太空探索任务。整个游戏将以挑战自我、实现梦想、培养团队感情以及体验各种应用科学为主，让科学走进普通人的生活，让小朋友们除了“打怪、练级”之外有更多“健康”的选择。
这款游戏的背景设定在2035年，游戏中的太空基地由一名效力于美国军方的虚拟英雄建造，并提供了能够供航天员持续生存的人工环境，支持玩家做太空实验和教育。此外，玩家还要完成类似修复太阳能电池板和生命设备的挑战任务。要解决这些问题有若干个方案，玩家们可以自己决定要如何去做，耗时最少的团队就能在排行榜上占据领先位置。通过这个游戏，学生们可以从中学到许多有用的太空知识，无论是历史方面还是自然科学方面的。NASA认为，通过此游戏，可以扩展孩子们的知识，增加他们学习科学知识的兴趣。对于那些未来有可能进入NASA工作的孩子们来说，更能提前对该组织有初步的认识。二、欧空局的航天教育像NASA一样，欧空局也十分重视对学生进行航天知识教育。欧空局主要采用以下四种形式进行航天教育：安排学生进行太空实验、为大学生提供航天实践大舞台、开发航天教育产品、与航天员交流。因人施教
像NASA一样，欧空局也十分重视对学生进行航天知识教育（图1-16）。他们对不同年龄的学生进行不同类型的教育。小学生（年龄在8～12岁）的活动主要是通过业余无线电装置或视频与空间站上的航天员进行交流，获得太空知识。同时，还在互联网上设置了“儿童区”，专门对儿童进行航天知识教育。中学生（年龄在12～18岁）的活动主要是通过观看国际空间站示范活动的视频，结合他们的课堂知识，加深对课堂知识的理解，培养他们学习科学知识的兴趣。同时，鼓励他们参与一些太空实验，为自然科学实验积累实验数据，从中也学习到进行科学实验的初步方法和培养学生学习自然科学知识的渴望。对于大学生和研究生，为了培育未来的航天专家和航天工程师，特别鼓励他们学会自己制造卫星、发射火箭，提出标新立异的创意，并将创意和实验带到空间站，为他们提供了极好的实践平台。图1-16 欧空局的航天教育欧空局学生的太空实验
欧空局积极鼓励成员国学生参加国际空间站的太空实验，由国际空间站上的欧空局航天员来完成这些实验。下面简要地介绍其中的部分实验。
1.重力对细菌菌落生长的影响
此实验的目的是为了了解失重对细菌菌落生长的影响。将不同类型的细菌放到一个称为“Winogradski”的圆柱实验装置里（图1-17），在该圆柱实验装置里一种细菌的代谢废物可成为另一种细菌的营养物。这些细菌除了需要光进行光合作用外，不需要其他条件。比较地面和太空圆柱中细菌的生长情况，就可了解失重环境对哪种细菌有影响。图1-17 圆柱实验装置
2.人工软骨生产方法的研究
此实验是为了观察在太空的失重环境下，猪的软骨细胞是否可以生成新的稳定的软骨结构（图1-18）。图1-18 人工软骨实验装置
3.失重环境下细菌燃料电池输出的研究
在适当的环境下，一些细菌有能力将碳水化合物转化成电子和二氧化碳，可以利用这个特性制作细胞燃料电池。这个实验是由荷兰教育部和文化与自然科学部组织的一次学生竞赛中产生的，是获胜者设计的两个实验中的一个。实验目的是通过获得太空中这些燃料输出的精确数据，了解失重对细菌燃料电池功效的影响。实验方法是在太空中，将细菌放进一个两室的燃料电池（图1-19）中时，细菌就能够产生一股电流，航天员测量并记录电池的输出量。图1-19 燃料电池实验装置
4.光和重力的交互影响对植物生长过程的交互作用
在地球上，影响植物生长的主要因素是光和重力。植物嫩芽朝着光生长，这就叫趋光性。但植物根受重力影响，向下生长，这就是所谓的重力趋向性。此实验的目的是评估植物的趋光性和重力趋向性，并且观察两者之间的联系。实验方法是观察地面和空间站上，在低亮度光和无光时，芥菜种子的发育及其遗传学特性（图1-20）。此实验也是荷兰教育部和文化与自然科学部组织的学生竞赛获奖实验设计之一。图1-20 航天员在太空进行芥菜实验
5.骨防护
长期失重可导致航天员体内的骨质丢失，出现像老年人骨质疏松一样的变化，影响到航天任务。以前的实验证明主要由于生成骨骼的一种骨细胞——成骨细胞的活动减少导致的。这个教育性实验的目的是为了研究采用什么方法可以防止太空飞行引起的骨质丢失。
这项实验是2002年欧空局举行的一次“SUCCESS学生竞赛”中一名获奖者提出的，是第一次对太空中哺乳动物细胞进行的蛋白质容量研究。该实验研究了三磷酸腺苷（ATP）是否能够刺激失重环境下的造骨细胞，如果可以，将有可能用它来降低失重环境对骨的不良影响（图1-21）。图1-21 太空中研究骨丢失的装置
6.航天员记忆实验
航天员在飞行中常常感到自己“爱忘事”，是否太空失重环境可以影响航天员的记忆能力呢？学生们提出了一个想法，比较同一个人在地面和太空记忆能力，就可以知道失重环境是否会影响航天员的记忆能力了。具体的方法是让欧空局的航天员托马斯·瑞特先在地面学会一张清单上的单词，然后在太空飞行时学会第二张清单上的单词（图1-22）。过一段时间之后，让他回忆这两张清单上的单词，比较地面和太空中回忆单词数目的差别，就可以知道失重是否影响他的记忆功能。图1-22 托马斯·瑞特在太空
7.用心电图来评价航天员的睡眠
航天员在太空飞行时常常出现失眠，但是不同航天员失眠的情况不同。了解航天员失眠的类型，可以有助于采用有效的方法来防止航天员的失眠。要区分航天员在太空的失眠类型，必须有一个客观指标。心电图是一个很容易记录的指标，分析心电图可以得出每次心跳所花费的时间，从而得到与睡眠有关的心脏自主性活动的指标，结合对航天员睡眠情况的调查，就可以定量地划分出航天员失眠的类型（图1-23）。图1-23 航天员在睡眠前贴心电电极
8.重力对蝌蚪卵孵化的影响
这是欧空局专门为16～18岁学生开设的一项实验，目的是为了研究重力对蝌蚪卵孵化的影响。将蝌蚪卵分为3组，让它们分别在地面、太空和在空间站的离心机（可以产生与地面一样的重力作用）中孵化，将蝌蚪卵孵化的整个过程拍摄下来，比较这3组的区别就可以了解重力在蝌蚪卵孵化中的作用。
9.失重对酵母的影响
将酵母送到国际空间站，到太空后，酵母细胞分裂的周期就开始了，在返回地球前将其冻结，终止此周期。比较地面和太空酵母的生长情况就可以了解失重对酵母的影响。
10.太空中的种子
进行太空中种子实验的主要目的是为了吸引更多的学生参加太空实验，说明科学是有趣的。实验方法是让地面儿童与太空的欧空局航天员同时种植水芹，看看这两种重力情况下水芹的生长有什么不同，就可以了解重力对植物生长有什么影响了（图1-24）。图1-24 太空种子实验为大学生提供航天实践大舞台
欧空局对大学生鼓励有加，为大学生提供了参加航天实验的多个平台，目的是让大学生通过亲身参与太空任务获得实际经验，激发大学生对航天技术的兴趣。下面是欧空局为大学生提供的实验平台和大学生们做出的贡献。
1.欧洲学生太空探索及技术倡议（SSETI）
2000年，欧空局教育署提出了这个倡议，要求大学生们完成四项研制任务：“SSETI快车”号试验卫星、欧洲学生地球轨道器、欧洲学生月球轨道器、研制月球登陆车，这可是“真枪实弹”的任务。“SSETI快车”要求学生们设计一颗在低地球轨道飞行的小卫星，这颗小卫星还要具有拍摄地理图片、进行通信广播联系以及测试学生设计的“轨道调整器”等各类小装备的多项功能。参加此任务的是欧盟14个国家15所大学的250名学生。这些学生被分成若干个研究小组，每个小组都有自己明确的任务。研究小组之间平时不见面，主要通过因特网联系，每周汇报一次进展和讨论存在的问题，1年中只有两次在SSETI的装配车间才能真正见到面。欧空局则负责指导和协调学生们的工作，监督实际工作中的设备研制以及组织卫星发射工作。在真正组装卫星前，他们是通过网络模拟进行组装，卫星组装出来后，在荷兰的技术实验室进行各种测试（图1-25）。2005年10月27日，“SSETI快车”成功升空并发回信号。这颗卫星从开始设计至进行组装总共用了18个月时间，创下了该领域研制时间最短新纪录。图1-25 大学生在组装“SSETI快车”
欧空局对这个学生项目给予了很大支持，免费提供了大部分零部件和实验设备，但是为了锻炼学生，一些关键技术是要求学生自己来解决的。项目完成后，所有参与“SSETI快车”的学生都将获得由欧空局颁发的特别证书，作为他们以后申请到欧空局工作的有利凭证，这一计划为欧空局未来的航天事业储备了大量人才。
2.欧洲学生国际空间站应用创意大赛（SUCCESS）
举办SUCCESS的主要目的是为了把现在的大学生培养成为未来的国际空间站的工作人员。参加比赛的大学生要对国际空间站的一些实验提出有创意的想法。此届活动共收到80多条有建设性的建议与想法，涉及很多的领域，包括传统的生命科学、物理实验、机械臂设计与改造等。通过竞赛，一等奖获得者将获得在欧空局下的ESTEC实习一年的机会，在此期间，他可以与一些航天专家一起参加各种实验，并熟悉国际空间的相关设施。图1-26为2003年获得SUCCESS比赛大奖的学生。图1-26 2003年获得SUCCESS比赛大奖的学生
3.年轻工程师卫星计划（YES计划）
此计划旨在为大学生提供设计和建造太空硬件的机会。来自50所大学的450名学生参与了这项欧空局计划。YES任务共分为三个阶段：YES-1是为欧空局设计和研制一颗卫星和一颗全球定位系统接收器。1997年，一颗由欧洲十余个国家大学生设计并完成的重349.7千克的卫星和一颗全球定位系统接收器成功发射升空。YES-2计划的目的是利用太空绳索将卫星牵回地球，是为了实现“太空天梯”而进行的第一次真正太空实验（图1-27为参加YES-2的大学生）。2007年YES-2试验卫星随同欧空局研制的“Foton-M3”航天器发射成功（图1-28）。YES-3现在正处于筹备阶段，许多大学生、教授和大学已被邀请为YES-3计划提供突破性的创意。如谁的建议被采用，将可参与YES-3计划的设计和建造工作。图1-27 参加YES-2的大学生图1-28 发射前进行YES-2卫星检测
4.同温层气球升空实验竞赛
此竞赛是由葡萄牙的波尔图大学和欧空局共同组织的，主要面对欧洲国家的中学生和大学生，内容是用一个充满氢气的气球将实验品送入同温层。这是一个团队性质的竞赛活动，参赛者首先需要组建一个四人团队。选出团队的负责人后，就着手设计一项新颖的、独创的、可在近空实现的实验。然后，小组所有成员必须在欧空局的教育项目主页上登记，小组的负责人填写参加竞赛的申请单，等待审批。欧空局和波尔图大学的专家通过评审最终选出10个最优秀、最有创新性的实验，参加同温层气球升空比赛。
5.抛物线飞行实验
这是欧空局教育部的一个项目，自2000年开始举行。由欧空局提供失重飞机，失重飞机在飞抛物线时，可产生20～30秒的失重，让学生利用这短暂的失重时间，进行一些失重实验。此项活动每年都举行，面向所有欧空局成员国的学生。活动更深层次的目的在于培养更多更优秀的年轻人献身于航天事业，让现在的学生成为欧空局未来的航天工作者。
6.“曙光女神”学生设计竞赛
此竞赛面向欧洲和加拿大未毕业和已毕业的大学生，内容是让学生们提出月球、火星和小行星的登陆机器人的设计方案和提出人到这些地方进行探测活动的方案。通过方案设计使学生们明白除了要克服卫星研制过程中的各种技术难关，还要向有关部门申请卫星信号的发射频率、组织运输、海关申报、技术专利保护等，学生在研制过程中积累了许多以往书本上没学到的经验和知识。开发航天教育产品
欧空局为了对更多的中小学生进行航天教育，为其成员国的学生们开发了很多航天教育产品，其中包括为小学和中学学生编写的教学材料包。欧空局已经制作了几千份英文版的小学成套航天知识教材，还有用欧空局成员国12种语言制成的4万多种中学成套教学资料。
欧空局认为通过发行与航天有关的DVD光盘作为教育光盘，可以收到更好效果。因此，他们拟定了DVD教学课程，根据课程要求，分别在国际空间站、地面和学校中拍摄有关内容，制作了“科学的顶峰”“太空中的牛顿”“太空中的身体”“太空中的静电”等DVD教育光盘，将制作的拷贝分发给成员国学校，开设国际空间站DVD教学课，每门DVD课程时间是20分钟。例如，“太空中的牛顿”是通过拍摄国际空间站上失重环境下五种示范，来验证牛顿运动的三大定律；“太空中的身体”是通过欧空局航天员彼得·杜克在太空中的身体变化来说明失重对人体的一些影响（如血压和循环、液体改变、方位感知等），它被翻译成12种语言分发给欧空局成员国里的中学老师；“太空中的静电”是在一个聚碳酸酯体立方体容器内放置了由不同材料组成的两套小球，这些材料中充满了彼此相斥的电荷，一旦充电，球体将会自己集合起来成为有序的结构。所有的示范都与地面实验进行对照，让学生们了解地球和太空实验之间的差异。与航天员交流
与航天员进行“天地对话”和在地面进行航天员与学生面对面地交流也是欧空局进行航天教育的重要内容。欧空局的航天员“上天”时，有一项重要任务，就是利用国际空间站上的业余无线电台或视频转载，与欧空局成员国的学生通话。
链接 费俊龙在比利时与中学生对话
2009年9月，费俊龙应比利时方面的邀请参加了为期5天的“第二届布鲁塞尔国际航天周”活动。活动期间，费俊龙与来自其他国家的11名航天员一起参加了在比利时根特市的太空城举办的与中学生对话的活动。在太空城主会场，大屏幕上播放了《中国航天的摇篮》影片。影片播完后，当费俊龙独自出现在主席台上讲话时，台下2000多名中学生给予了热烈的掌声。
费俊龙首先简要介绍了中国载人航天发展的现状及前景，随后与同学们进行了对话。中学生们踊跃提问，费俊龙从容作答。这些对话不仅使学生们学习了不少航天知识，也对中国有了进一步了解。三、中国的航天教育尽管中国载人航天的起步比较晚，但是中国对学生的航天教育一直是比较重视的。为了激发我国青少年对航天科学技术的兴趣，为航天事业培养接班人，我国从很多方面、采用了不同形式对学生进行航天知识教育：鼓励中小学生参加搭载实验、为学生敞开航天任务大门、开展广泛的航天知识教育活动。鼓励中小学生参加搭载实验
在要发射的航天器中搭个车，进行学生实验是一种最省钱和省力的方法。我国有关航天教育部门，从20世纪80年代就想出这“招”，来激发学生们对航天的兴趣。在美国的航天飞机里，有一个像一节火车车厢那样大的大货舱，能装29.5吨重的物体。由于航天飞机每次执行任务货舱都没有放满，为了不将这宝贵的空间浪费，也为了满足小型太空科学实验的需要，在20世纪70年代，NASA制订了一个“零星搭机实验”计划，也就是在航天飞机每次执行任务时，捎带一些小型科学仪器上天，在太空进行实验。为了引导学生对太空科学产生兴趣，开发学生的智力，一些国家为他们的学生租下“搭载桶”，在太空进行学生设计的实验。我国也不放过这个好机会，积极参加了美国的“零星搭机实验”计划。1986年，中国宇航学会、美国促进中国科普协会联合举办第一届“全国青少年航天飞机科学实验方案”征集活动，从全国各地征集到的7000份提案中评选出20项得奖方案和2项“上天”方案。1988年又进行了第二届征集活动，评选出3项上天实验方案；2000年1月北京景山学校的李桃桃小朋友提出的“蚕吐丝织茧实验”又从全国各地中小学共888件太空实验方案中脱颖而出成为美国“哥伦比亚”号航天飞机的搭载方案。所以，总共有6项中国学生提出的实验，搭载了美国的航天飞机，这对学生们的影响是巨大的。
为了培养中国航天事业接班人，近年来，中国航天部门也十分重视为学生的太空实验提供条件，让中国学生的实验登上中国自己的卫星。例如，由于美国“哥伦比亚”号失事，北京景山学校李桃桃提出的“蚕吐丝织茧实验”半途夭折。为了实现学生们的心愿，中国航天部门决定让蚕宝宝登上中国的第22颗人造卫星。2005年9月，历时6年，几经波折的“蚕吐丝织茧实验”终于实现了。
为了在太空给孩子们搭建一个科技实验的“操作台”，东方红卫星公司还专门为我国广大青少研制了一颗“希望一号”小卫星。为了这次发射，启动了“希望一号”卫星搭载方案征集活动，共征集到105个方案，最后北京景山学校一年级学生刘重华提出的“天圆地方”方案，登上“希望一号”卫星。在“希望一号”卫星上建立的太空业余无线电台也推动了我国青少年业余无线电通信活动，“希望一号”网站为更多的学生提供了了解“希望一号”的信息（图1-29）。这种专门为青少年发射卫星的事情在美国、俄罗斯和欧空局这样的航天强国中也是罕见的，说明我国政府和科技人员对青少年航天教育是何等地重视！图1-29 “希望一号”网站为学生敞开航天任务大门
中国的航天部门十分重视在实践中培养学生们的科研、工作能力，中国的各项航天任务都有高等学校参与，在这些任务组不乏研究生和大学生，中国航天的成就中也浸含着学生们的智慧和汗水。一些任务是大学生和研究生在教师和科研人员的指导下完成的，也有的是中国大学生自己独立设计和完成的，许多航天任务中都留下了多所高等学校的学生参加设计的航天硬件和太空实验。例如，2006年11月发射的“北航一号”探空火箭就是由北航的14名大学生独立设计并成功发射的。我国在2011年举办了“第一届全国大学生机械产品数字化
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