„Tiangong Classroom“ beginnt gleich. Was sind die Tricks von Chinas erstem Raumschiff auf der Raumstation?

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Chinas erste Marke für Weltraumforschungsbildung

„Tiangong-Klassenzimmer“

Es steht kurz vor der Veröffentlichung!

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Laut dem China Manned Space Engineering Office wird die erste Weltraumlehraktivität der chinesischen Raumstation in naher Zukunft live in die Welt übertragen. Das „Tiangong-Klassenzimmer“ wird mit bemannten Flugmissionen kombiniert und während der gesamten Bauzeit und des Betriebs der chinesischen Raumstation im Orbit in einer Reihe gestartet. Die Vorlesungen werden von chinesischen Astronauten gehalten, die als „Weltraumlehrer“ fungieren und sich in erster Linie an junge Menschen richten. Sie werden in einer kollaborativen und interaktiven Art und Weise zwischen Boden und Erde durchgeführt.

Bildquelle: China Manned Spaceflight

Als nationales Weltraumlabor ist die Raumstation auch eine wichtige Basis für die weltraumwissenschaftliche Ausbildung. Es enthält einzigartige und umfangreiche Bildungsressourcen und hat den besonderen Vorteil, die breite Öffentlichkeit, insbesondere junge Menschen, zu inspirieren, den wissenschaftlichen Geist weiterzutragen und die Luft- und Raumfahrtindustrie zu lieben.

Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, um 400 Kilometer entfernt auf dem „höchsten“ Podium zu unterrichten?

Was ist das Besondere an der ersten Vorlesung von „Tiangong Classroom“?

Was können die Menschen von zukünftigen Weltraum-Klassenzimmern erwarten?

Yang Yuguang, stellvertretender Vorsitzender des Space Transportation Committee der International Astronautical Federation, gab Reportern des China News Service ein Exklusivinterview, um die oben genannten Themen zu erläutern.

Quelle: China News Video

Das Folgende ist eine bearbeitete Abschrift des Interviews:

Lehrmittel für den Weltraumunterricht erfordern besondere Gestaltung und Berücksichtigung

F: Die chinesische Raumstation steht kurz davor, ihre erste Weltraumlehraktivität durchzuführen. Welche Vorbereitungen müssen Astronauten und Bodenpersonal für den Unterricht im Weltraum treffen? Was ist das Besondere am Unterricht im Weltraum im Vergleich zum Unterricht auf der Erde? Welche Anforderungen stellt die Raumstationsumgebung an die Lehre?

Yang Yuguang: Unterrichten im Weltraum erfordert eine sorgfältige Vorbereitung. Aus ingenieurstechnischer Sicht besteht die größte Herausforderung in einer reibungslosen Kommunikationsverbindung. Um ein klares und unterbrechungsfreies Video zu gewährleisten, ist eine enge Zusammenarbeit zwischen dem Tianlian-Relaissatelliten, der Raumstation und der Mess- und Kontrollstation am Boden erforderlich. Darüber hinaus müssen zusätzliche Lehrmittel für Weltraumvorlesungen mit dem Frachtraumschiff Tianzhou oder mit der Besatzung des Raumschiffs Shenzhou zur Raumstation geschickt werden. Obwohl das Raumschiff Tianzhou mehr als sechs Tonnen Vorräte transportieren kann, handelt es sich dabei größtenteils um Verbrauchsgüter, die für das Leben der Astronauten notwendig sind, sowie um Vorräte für die wissenschaftliche Forschung. Für Lehrmittel bleibt daher wenig Platz, was eine sorgfältige Budgetplanung erfordert.

Das Volumen des Kernmoduls von Tianhe-1 beträgt etwa 50 Kubikmeter und ist damit deutlich größer als das von Tiangong-1. Der Großteil dieses Raumes wird jedoch von der wissenschaftlichen Forschung der Astronauten, von Gegenständen des täglichen Bedarfs und von Betriebsgeräten der Raumstation eingenommen. Daher sind Gewicht und Volumen der Lehrmittel im Vergleich zum bodengebundenen Unterricht begrenzt und erfordern eine besondere Gestaltung und Überlegung. Während des Transports sind Lehrmittel auch rauen Umgebungsbedingungen wie Übergewicht und starken Vibrationen ausgesetzt. Daher müssen die Lehrmittel vorab durch Vibrationsexperimente getestet werden.

Darüber hinaus muss beim Unterrichten im Weltraum der Einfluss der Schwerelosigkeit berücksichtigt werden. So muss beispielsweise sichergestellt werden, dass Lehrmittel in der Schwerelosigkeit eingesetzt werden können und Astronauten müssen üben, wie sie bei Filmaufnahmen in der Schwerelosigkeit die Stabilität bewahren.

Video-Screenshots

F: Im Jahr 2013 hielt der Astronaut Wang Yaping, unterstützt von Nie Haisheng und Zhang Xiaoguang, den ersten Vortrag über den Weltraum und demonstrierte Experimente wie Massentests, einfache Pendelbewegungen, Gyroskopbewegungen und die Herstellung von Wasserfilmen und Wasserbällen. Welche Überlegungen gelten bei der Auswahl von Experimenten in der Weltraumlehre? Welche Kursarten eignen sich besser für die Lehre im Weltraum?

Yang Yuguang: Neben den Einschränkungen bei den Lehrmitteln eignen sich bei der Kursauswahl Phänomene, die zwischen Himmel und Erde unterschiedlich sind, besser als Lehrinhalte, beispielsweise physikalische und chemische Phänomene unter Mikrogravitationsbedingungen.

Die von Astronauten in der Raumstation durchgeführte Forschung umfasst zwei Kategorien: wissenschaftliche Forschung und technische Forschung. Bei ersterem handelt es sich um die Untersuchung natürlicher Phänomene wie Flüssigkeitsströmungen unter Mikrogravitationsbedingungen, die Verbrennung von Objekten und andere physikalische und chemische Phänomene, während letzteres technische Verfahren wie Wasserreinigungssysteme, Urinbehandlungssysteme usw. umfasst. Tatsächlich hatte Liu Boming, ein Mitglied der Astronautencrew von Shenzhou-12, zuvor kurz erläutert, woher das Trinkwasser im Weltraum kommt. Ich denke, dass all dies in Zukunft als wichtiger Lehrinhalt dienen kann, wenn Astronauten vor Ort detailliertere und umfassendere Demonstrationen durchführen.

Archivfoto: Am 24. November machten Zhai Zhigang und Ye Guangfu von der 13. Crew als Weltraumfotografen hochauflösende Fotos von Wang Yaping. Bildquelle: China Manned Space Engineering Office

„Tiangong Classroom“ ermöglicht eine umfassendere Interaktion zwischen Himmel und Erde

F: Dieser Weltraumvortrag wird live in die ganze Welt übertragen. Wie wird es sich von der Weltraumvorlesung vor acht Jahren unterscheiden? Welche Erfahrungen haben Sie aus der Weltraumlehre vor 8 Jahren gesammelt? Welche Bedeutung hat die Organisation der Astronautenbesatzung Shenzhou 13 für die Durchführung der ersten Weltraumstunde auf der chinesischen Raumstation?

Yang Yuguang: Im Vergleich zu vor acht Jahren ist meiner Meinung nach ein wichtiger Punkt, dass sich die Aufmerksamkeit der Welt auf die chinesische Raumfahrtindustrie stark verändert hat. Vor Kurzem gab es eine Veranstaltung mit dem Titel „Global Photography of Tiangong“, bei der Menschen aus aller Welt darum wetteiferten, Fotos von der vorbeifliegenden chinesischen Raumstation zu machen. Ich habe vor langer Zeit begonnen, Tiangong und die Internationale Raumstation zu fotografieren. In der Vergangenheit erregten derartige Aktivitäten in China nicht viel Aufmerksamkeit, doch nun erregen die chinesische Raumstation und die Astronauten weltweite Aufmerksamkeit, was sich auch in den ausländischen sozialen Medien widerspiegelt. Diese globale Live-Übertragung wird sicherlich weltweit für noch mehr Aufmerksamkeit sorgen.

Der zweite Unterschied besteht darin, dass die sozialen Vorteile von Chinas erstem Weltraumunterricht allmählich deutlich wurden. Vor acht Jahren verfolgten mehr als 60 Millionen Grund- und Sekundarschüler die Live-Übertragung. Mittlerweile haben einige von ihnen ihren Abschluss gemacht und sind sogar Astronauten geworden. Der damalige Unterricht von Lehrer Yaping hat Früchte getragen. Die Eröffnung des „Tiangong-Klassenzimmers“ ist eine Fortsetzung der Vergangenheit.

Darüber hinaus ist der Demonstrationsraum für diese Lektion im Vergleich zur ersten Weltraumstunde auf Tiangong-1 größer, die Kommunikationsunterstützungstechnologie ist ausgereifter und es ist eine umfassendere Interaktion zwischen Boden und Erde möglich. Die Weltraumvorträge der Astronauten während ihrer arbeitsreichen Missionen spiegeln die Bedeutung wider, die das Land und das Manned Space Engineering Office der Weltraumwissenschaftsausbildung beimessen.

Archivfoto: Am 20. Juni 2013 gegen 10 Uhr begann der erste Weltraumkurs meines Landes. Die Hauptdozentin war die Astronautin Wang Yaping, die damit zu Chinas erster „Weltraumlehrerin“ wurde. Das Bild zeigt aufmerksam zuhörende Schüler der Beijing Renmin University High School. Foto von Liao Pan, einem Reporter des China News Service

F: Das chinesische Büro für bemannte Raumfahrttechnik erhielt vor Kurzem einen Brief von Schülern des „Weltraumkurses“ 2013 an ihren Lehrer Wang Yaping, in dem sie alle zum Ausdruck brachten, dass der Weltraumkurs vor acht Jahren den Grundstein für ihre Weltraumträume gelegt habe. Welche aufklärende Wirkung kann der Weltraumunterricht Ihrer Meinung nach auf Grund- und Sekundarschüler haben?

Yang Yuguang: In den 1960er und 1970er Jahren wurden in den Vereinigten Staaten viele Kinder durch die Apollo-Mondlandung inspiriert und entwickelten ein starkes Interesse an Ingenieurwissenschaften und Naturwissenschaften, was auch eine Talentbasis für den wirtschaftlichen Sprung der Vereinigten Staaten in den 1990er Jahren bildete. Tatsächlich gibt es in China ähnliche Phänomene. Yang Liweis erster Flug ins All und Wang Yapings erster Vortrag über das Weltall haben das Interesse von Grund- und Sekundarschülern an der Erforschung des Weltraums, an Physik, Mathematik und anderen Aspekten enorm gesteigert. Dies ist nicht nur für den Aufbau der Talentschmiede Chinas in der Luft- und Raumfahrt von großer Bedeutung, sondern spielt auch eine unschätzbare Rolle bei der Förderung der Entwicklung des Landes in den Ingenieur- und Naturwissenschaften.

Der Brückenschlag zwischen der Öffentlichkeit und der Luft- und Raumfahrt ist äußerst wichtig

F: Im Jahr 2007 absolvierten ausländische Astronauten die erste Weltraumübung auf der Internationalen Raumstation. Könnten Sie bitte etwas über die Geschichte der Weltraumlehre erzählen? Wie ist der aktuelle Stand der Weltraumlehre und der Popularisierung der Weltraumwissenschaften im In- und Ausland?

Yang Yuguang: Die erste Erfahrung als Weltraumlehrer war ein qualvoller Prozess. Die USA haben einst das „Teacher in Space Project“ ins Leben gerufen und aus Zehntausenden von Bewerbungen zwei Lehrerinnen ausgewählt, nämlich McAuliffe und Barbara Morgan, eine Haupt- und eine Ersatzlehrerin. Das Programm wurde nach der Challenger-Katastrophe im Jahr 1986, bei der McAuliffe ums Leben kam, abgebrochen. Barbara Morgan absolvierte die Ausbildung und Auswahl zur professionellen Astronautin der NASA und gab 2007 den ersten offiziellen Weltraumkurs für Menschen auf der Internationalen Raumstation.

Warum die Betonung auf „formell“ legen? Tatsächlich gibt es auf internationaler Ebene viele einfache weltraumwissenschaftliche Aktivitäten. Einige werden in Echtzeit über Relaissatelliten durchgeführt, während andere aufgezeichnet und in verschiedenen Formen ausgestrahlt werden. So haben beispielsweise der malaysische Astronaut Shukl und Südkoreas erste Astronautin Lee So-yeon beide Aktivitäten zur Popularisierung der Wissenschaft im Weltraum durchgeführt. Solche Aktivitäten sind im Ausland weit verbreitet und nicht auf die großen Weltraummächte beschränkt. Dies zeigt auch die Anerkennung und Bedeutung, die verschiedene Länder den Aktivitäten zur Weltraumbildung beimessen.

So nutzten beispielsweise früher Funkamateure die von der ITU bereitgestellten Frequenzen zum Aufbau eigener Radiosender. Die Raumstation Mir war damals mit einer speziellen Funkstation ausgestattet. Wenn der Satellit einen bestimmten Ort überflog, konnten die Astronauten direkt mit den örtlichen Radioenthusiasten über Funk kommunizieren, ohne über Relaissatelliten oder Bodenstationen zu gehen.

Es ist erwähnenswert, dass solche informellen Aktivitäten zur Popularisierung der Weltraumwissenschaften international zwar sehr häufig sind, formelle Weltraumvorträge wie in China jedoch immer noch selten sind, sodass ihre Bedeutung sehr groß ist.

Live-Screenshot

F: Da Chinas Raumstation schon lange im Orbit betrieben wird, wird Chinas erste Marke für Weltraumwissenschaftsbildung, „Tiangong Classroom“, in Serie eingeführt. Chinesische Astronauten werden als „Weltraumlehrer“ fungieren und das Programm wird in einer kollaborativen und interaktiven Weise zwischen Boden und Erde durchgeführt. Welche Bedeutung hat es, dass China in Zukunft eine Reihe von Bildungsaktivitäten im Bereich der Weltraumwissenschaften durchführt? Welche weitere Rolle kann die chinesische Raumstation bei der Popularisierung der Luft- und Raumfahrtwissenschaft spielen?

Yang Yuguang: Die nachhaltige Entwicklung der Luft- und Raumfahrtindustrie kann nicht ohne das Verständnis und die Unterstützung der Öffentlichkeit erreicht werden. Die Weltraumaktivitäten werden immer ausgereifter. Insbesondere hat sich Chinas Raumfahrtindustrie von der frühen Ansammlung und Verifizierung von Technologien zu ihrer heutigen Blütezeit entwickelt und trägt Früchte, was der Volkswirtschaft Erträge und Unterstützung beschert. Es gibt jedoch auch einige Weltraumaktivitäten, wie etwa bemannte Raumfahrt, Erforschung des Weltraums und Weltraumforschung, die hohe Investitionen, hohe Einstiegsschwellen und lange Amortisationszeiten erfordern.

Dabei ist es besonders wichtig, eine Brücke zwischen der Bevölkerung und der Luft- und Raumfahrt zu bauen. Es ist notwendig, der Öffentlichkeit diese Eigenschaften verständlich zu machen und sie dazu zu bringen, die Luft- und Raumfahrtindustrie zu verstehen und zu unterstützen. Im Vergleich zu Satelliten und anderen Raumfahrzeugen eignen sich bemannte Raumflüge besser für die weltraumwissenschaftliche Ausbildung. China betrachtet auch die Ausbildung in Weltraumwissenschaften als eine der wichtigen Funktionen der Raumstation. Man könnte sagen, dass Unterrichten im Weltraum eine ganz natürliche Sache ist.

In Zukunft können die Bildungsaktivitäten zur Popularisierung der Luft- und Raumfahrtwissenschaften sowohl in der Breite als auch in der Tiefe weiterentwickelt werden. Erstens ist der Umfang der Lehrinhalte breiter und beschränkt sich nicht nur auf physikalische und chemische Phänomene unter Mikrogravitationsbedingungen, sondern kann auch in die Weltraumforschung und die Ingenieursforschung einfließen. zweitens können tiefer gehende und einflussreichere Aktivitäten durchgeführt werden. In China gibt es bereits von Studenten gebaute kubische Satelliten. So wie sie bei Weltraumstartmissionen ins All gebracht werden, können auch von Schülern konzipierte Weltraumexperimente künftig ins All gelangen. So beförderte beispielsweise das US-Space Shuttle einst von chinesischen Studenten entworfene wissenschaftliche Experimentierprojekte ins All. Eines der Experimente bestand darin, das Wachstum und die Vermehrung von Paramecium in einer schwerelosen Umgebung zu untersuchen.

Dies ist nicht das erste Mal, dass chinesische Astronauten im Weltraum unterrichten.

Kursrückblick

Am 20. Juni 2013 um 10:00 Uhr gaben die drei Astronauten von Shenzhou-10 im Modul Tiangong-1, mehr als 300 Kilometer von der Erde entfernt, den ersten Weltraumunterricht meines Landes für junge Menschen im ganzen Land. Der Vortrag wurde von Wang Yaping, dem ersten „Weltraumlehrer“ meines Landes, gehalten, mit Nie Haisheng als Mitarbeiter und Zhang Xiaoguang als Kameramann.

Chinas „erste Lektion im Weltraum“

In Zusammenarbeit mit zwei „Lehrassistenten“ führte Lehrer Wang im Klassenzimmer fünf grundlegende Physikexperimente vor und verdeutlichte dabei physikalische Phänomene wie die Bewegungseigenschaften von Objekten in einer schwerelosen Umgebung und die Oberflächenspannungseigenschaften von Flüssigkeiten.

Messung der Objektmasse

Qualitätstestdemonstration

An der Kabinenwand von Tiangong-1 befindet sich ein klammerförmiges Gerät, das als Massenmessgerät dient. Nie Haisheng befestigte sich an einem Ende der Halterung. Wang Yaping zog die Klammer vorsichtig auf und ließ sie dann los. Durch die Federwirkung kehrte die Halterung in ihre Ausgangsposition zurück und Nie Haishengs Gewicht wurde auf dem LED-Bildschirm des Geräts angezeigt.

Wang Yaping:

Das vom Massemessgerät verwendete physikalische Prinzip ist Newtons zweites Bewegungsgesetz: F (Kraft) = m (Masse) × a (Beschleunigung). Der Federnockenmechanismus des Massenmessgeräts kann eine konstante Kraft F erzeugen. Die Geschwindigkeit v und die Zeit t der Rückstellung der Halterung werden vom Gittergeschwindigkeitsmessgerät gemessen und die Beschleunigung (a=v/t) berechnet. Anschließend kann die Masse des Objekts (m=F/a) berechnet werden.

Einfache Pendelbewegung

Einfache Demonstration der Pendelbewegung

Ziehen Sie die kleine gelbe Stahlkugel, die an der T-förmigen Halterung befestigt ist, vorsichtig in eine bestimmte Position und lassen Sie sie dann los. Der Ball schwingt nicht wie auf dem Boden üblich hin und her, sondern bleibt mitten in der Luft stehen. Wenn Sie jedoch mit Ihren Fingern leicht in Tangentenrichtung drücken, bewegt sich die Kugel kreisförmig um die Achse der Halterung.

Wang Yaping:

Im Weltraum befindet sich der Ball in einer schwerelosen Umgebung und kann nicht wie auf dem Boden hin und her schwingen. Egal, wo Sie den Ball hinlegen, er bleibt also still. Wenn man der Kugel jedoch eine geringe Anfangsgeschwindigkeit verleiht, bewegt sie sich kreisförmig um die Pendelachse.

Kreiselbewegung

Demonstration der Kreiselbewegung

Hängen Sie einen Kreisel ruhig in die Luft und drücken Sie mit der Hand leicht gegen die Spitze des Kreisels. Dann rollt der Kreisel und fliegt davon. Wenn man den Kreisel jedoch in Drehung versetzt und dann eine Störkraft auf ihn einwirkt, überschlägt er sich nicht mehr, sondern fliegt vorwärts, während er eine feste Achse beibehält.

Wang Yaping:

Die Festachseneigenschaften von Hochgeschwindigkeits-Rotationsgyroskopen werden in der Luft- und Raumfahrt häufig genutzt. Das Zielraumfahrzeug Tiangong-1 ist mit einer Vielzahl von Gyroskopen ausgestattet, die eine genaue Messung der Fluglage des Raumfahrzeugs ermöglichen.

Wasserfilm-Experiment

Demonstration der Wasserfilmproduktion

Legen Sie vorsichtig einen Metallring in den Fruchtwasserbeutel und ziehen Sie ihn dann langsam heraus. Auf dem Metallring bildet sich ein dicker Wasserfilm. Dies liegt daran, dass im schwerelosen Zustand des Weltraums die Oberflächenspannungseigenschaften der Flüssigkeit hervorgehoben werden, sodass gewöhnliches Wasser leicht einen schönen Wasserfilm bilden kann. Wang Yaping klebte außerdem ein Stück Plastik mit einem chinesischen Knotenmuster auf die Oberfläche des Wasserfilms, und der Wasserfilm blieb intakt.

Der Wasserfilm mit der daran befestigten Plastikfolie mit chinesischem Knoten ist noch intakt

Wang Yaping:

Wenn der Dichter Li Bai im Himmel leben würde, wäre er wahrscheinlich nicht in der Lage gewesen, die berühmte Zeile „Ein Wasserfall stürzt dreitausend Fuß in die Tiefe“ zu schreiben, da Wasser in einer Umgebung ohne Schwere nicht senkrecht in die Tiefe stürzen kann.

Wasserball-Experiment

Demonstration zur Herstellung von Wasserbällen

Spritzen Sie das Wasser aus dem Trinkwasserbeutel langsam in den Wasserfilm, und der Wasserfilm verwandelt sich in einen großen, sprudelnden Wasserball mit einer Reihe perlenartiger kleiner Bläschen in der Mitte des Wasserballs. Um zu überprüfen, ob durch die Lufteinspritzung tatsächlich Blasen entstehen, entfernte Nie Haisheng mit einer Spritze die zuvor entstandenen kleinen Blasen und Wang Yaping injizierte das Gas anschließend erneut in den Wasserball. Die Luft bildete im Inneren des Wasserballs eine große Blase und blieb bewegungslos. Wenn weiterhin Luft in die andere Seite des Wasserballs eingespritzt wird, bildet sich eine weitere Blase. Die beiden Blasen verschmelzen nicht miteinander und existieren unabhängig voneinander. Dann injizierte Wang Yaping eine rote Flüssigkeit in den Wasserball, wodurch der kristallklare Wasserball rosa wurde.

Schöner rosa Wasserball

Wang Yaping:

Finden Sie, dass dieser Wasserball wie eine Linse aussieht? Sie können sogar mein Spiegelbild darin sehen!

Darüber hinaus führten die drei Astronauten per Videoanruf eine „Frage-und-Antwort-Runde zwischen Himmel und Erde“ mit Lehrern und Schülern vor Ort durch. Nie Haisheng führte auch eine „Meditation in der Luft“ durch, um das Wunder der Schwerelosigkeit zu demonstrieren.

Nie Haisheng führt „Suspended Meditation“ auf

Studenten, die es noch nicht gesehen haben, kommen und holen es nach ↓↓↓

Wir hoffen, dass in dieser Klasse

Welche Inhalte haben Sie gesehen?

Umfassende Quellen: China News Service, China Manned Spaceflight, CCTV News, China Manned Spaceflight Official Website