中学生的太空探索：蜘蛛在太空中还能结网吗？

　　想在太空喝口热茶，水该如何加热？在太空中会不会得蛀牙，牙疼怎么办？蜘蛛在失重状态下还能结网吗？……

　　别着急，来自北京市第一零一中学的孩子们，为探究这些问题的答案已经做了详细的实验设计。由中国科协、中国科学院、中国载人航天工程办公室、中国航天科技集团公司主办，中国科协青少年科技中心、中国宇航学会承办的“2017年空间站搭载青少年科学实验方案征集活动”于日前公布了评审结果。北京市第一零一中学的创意少年们拿下两个一等奖、三个三等奖。

　　主办方表示，根据我国载人航天工程“三步走”战略，我国将于2022年前后建成空间站并正式运营。活动将选出优秀获奖作品并对获奖学生进行表彰奖励，同时将举办航天训练营，在专家指导下对部分获奖作品进行完善，并最终选出部分作品作为空间站太空探索实验室的实验备选方案。

　　太空中烧水能更快一些吗？

邓栊涛和辅导教师

　　《探究太空中水的传热规律实验方案》是荣获此次比赛一等奖的十个项目之一，这一项目背后的主导者是北京市第一零一中学的高二学生邓栊涛。谈及设计这个项目的初衷，邓栊涛说自己还是受到了一群美国高中生的启发。原来，在得知“中国空间站青少年科学实验计划”之后，邓栊涛立马就产生了浓厚的兴趣，投入到了知网、美国航空航天局的海量资料中。一次在登录美国航空航天局官网时他看到，美国有一群高中生做了一个关于太空中空气传热的实验，为的是解决国际空间站电路和电子设备的散热问题。“那我是不是可以探究一下水的传热规律呢？”

　　进一步了解后他发现，目前太空中对水的加热方式并不理想：加热机器笨重，加热不均匀，加热效率低，对资源浪费较大。比如，“星辰号”服务舱烤箱加热2千克左右的食品，就需要20分钟到30分钟。“因为在在轨航天器所处失重环境下，液体内部不存在因密度差导致的浮力作用，也就是说，冷水热水不会因密度差别而产生冷热对流，所以在微重力环境下液体的传热规律与地面有所不同。”邓栊涛解释道，探究出太空中水的传热规律之后，就可以为将来对太空水加热方式与加热器的设计提供理论基础。

　　为此，邓栊涛设计了两组实验：一组在地面进行，一组在空间站中进行；分别分析时间与温度变化的关系。邓栊涛解释说，根据理论推导，因为地面实验受重力场影响，在加热的过程中存在热对流现象，所以在地面环境中加热的效率较高；而在太空中对密闭容器中的水加热时，热只通过热传导的方式传播，不会有热对流的产生，因此地面组实验的加热效率应该比太空组的快。通过实验数据的记录，我们可以得出太空中水的导热率。“如果理论推导结论得以验证，以后在太空中对水加热时，就可以引入一个离心力场使水中产生热对流，从而来提高水的加热效率。”

　　蜘蛛在太空中还能结网吗？

韩佳

　　北京市第一零一中学初一年级韩佳的项目是《微重力环境下的蜘蛛结网实验》，这个项目在比赛中获得了三等奖。他说，设计这个项目更多的是源自自己的好奇心。有次上体育课自由活动时，他观察到了栅栏上一只正在结网的蜘蛛，联想到方案设计活动，便突发奇想，“蜘蛛在太空中会结网吗？如果会的话，结的又会是什么形状的网呢？”

　　查阅资料后，韩佳发现，地面环境与太空环境的不同，还真有可能对蜘蛛结网造成一定影响：在地面环境时，蜘蛛通过重力判断方向，结网时也可以通过重力来实现蛛丝的下垂，并根据风向寻找固着点，从而完成第一根丝的架设。

　　而在太空的微重力环境下，蜘蛛结网又会是怎样的情形呢？韩佳做了4种情况的假设：一种是蜘蛛无法适应微重力环境，在微重力环境下无法进行捕食，数天后逐渐萎靡，直至死亡；一种是蜘蛛在微重力环境下无法正常爬行，因此无法织网；稍微乐观的情况是，蜘蛛可以正常生存，但由于微重力环境影响，蜘蛛吐出的丝在空中杂乱分布，最终粘连在一起，无法实现蛛网的编织；最后一种情况与之类似，由于没有重力，蜘蛛无法判断行走的方向，最终织出的网不是平面，而是杂乱无章的。

　　为了验证自己的假设，韩佳设计了一个链条完整的生态箱：蜘蛛、供蜘蛛食用的果蝇、果蝇食物；为了方便蜘蛛的爬行，要把生态箱四周内壁进行粗磨砂处理，并粘上特殊的无纺布。按照方案征集活动的要求，参与者在进行实验设计时不需要额外的气、液体支持，因此，韩佳又在生态箱里设置了释放氧气、吸收二氧化碳的植物。此外，为了保证蜘蛛的正常生存，还需要为蜘蛛提供适宜的温度和湿度，因此在实验箱内又设计安装了自动的温度控制装置和湿度控制装置；同时装有摄像头和照明灯，用于观察蜘蛛在太空中的生活和织网过程。

　　“版本改了好多次，一次比一次具体。”韩佳在一次次反复的完善过程中感受到了科学研究的严谨性，比如，最后一个版本中，经老师的指导，韩佳加上了所设计生态箱的图纸，包括俯视图、正视图等。