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(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),。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(tuán)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(shí)驗(yàn)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(gè)一等獎,、三個(gè)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(yùn)營,。活動將選出優(yōu)秀獲獎作品并對獲獎學(xué)生進(jìn)行表彰獎勵,，同時(shí)將舉辦航天訓(xùn)練營,，在專家指導(dǎo)下對部分獲獎作品進(jìn)行完善，并最終選出部分作品作為空間站太空探索實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案》是榮獲此次比賽一等獎的十個(gè)項(xiàng)目之一，這一項(xiàng)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(jì)這個(gè)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)計(jì)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(shí)他看到，美國有一群高中生做了一個(gè)關(guān)于太空中空氣傳熱的實(shí)驗(yàn),，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(jìn)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(jī)器笨重，加熱不均勻,，加熱效率低,，對資源浪費(fèi)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?！耙?yàn)樵谠谲壓教炱魉幨е丨h(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?！编嚈蓾忉尩?，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(jì)提供理論基礎(chǔ),。

為此,，鄧櫳濤設(shè)計(jì)了兩組實(shí)驗(yàn)：一組在地面進(jìn)行，一組在空間站中進(jìn)行,；分別分析時(shí)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?yàn)榈孛鎸?shí)驗(yàn)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(shí),，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(shí)驗(yàn)的加熱效率應(yīng)該比太空組的快,。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄，我們可以得出太空中水的導(dǎo)熱率,?！叭绻碚撏茖?dǎo)結(jié)論得以驗(yàn)證，以后在太空中對水加熱時(shí),，就可以引入一個(gè)離心力場使水中產(chǎn)生熱對流,，從而來提高水的加熱效率?！?/p>

　　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(xiàng)目是《微重力環(huán)境下的蜘蛛結(jié)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)》，這個(gè)項(xiàng)目在比賽中獲得了三等獎,。他說,，設(shè)計(jì)這個(gè)項(xiàng)目更多的是源自自己的好奇心。有次上體育課自由活動時(shí),，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(jì)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(shí),，蜘蛛通過重力判斷方向,，結(jié)網(wǎng)時(shí)也可以通過重力來實(shí)現(xiàn)蛛絲的下垂，并根據(jù)風(fēng)向?qū)ふ夜讨c(diǎn),，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(jìn)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(shí)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(yàn)證自己的假設(shè),，韓佳設(shè)計(jì)了一個(gè)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(jìn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)箱內(nèi)又設(shè)計(jì)安裝了自動的溫度控制裝置和濕度控制裝置,；同時(shí)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?！表n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(gè)版本中,，經(jīng)老師的指導(dǎo),，韓佳加上了所設(shè)計(jì)生態(tài)箱的圖紙，包括俯視圖,、正視圖等,。

“我希望通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，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(jìn)行微重力生存實(shí)驗(yàn)提供參考?！?/p>

　　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(shí)都很痛苦,。”因此,，在得知空間站實(shí)驗(yàn)方案征集活動時(shí),，他第一時(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)后毒力更強(qiáng),，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(jī)體免疫系統(tǒng)識別或被抗生素清除的生物保護(hù)膜,，從而導(dǎo)致細(xì)菌的致病性增強(qiáng)。

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(shí)驗(yàn),，觀察細(xì)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(yàn)證空間環(huán)境是否會讓變異鏈球菌變得更酸,，從而增強(qiáng)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(jì)了對照實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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）