「天宮教室」が始まります。中国初の宇宙クラスの宇宙ステーションでの秘訣は何ですか？

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「天宮教室」

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中国有人宇宙工程弁公室によると、中国の宇宙ステーションの初の宇宙教育活動は近い将来、世界に生中継される予定だ。 「天宮教室」は有人飛行ミッションと組み合わせられ、中国の宇宙ステーションの建設と軌道上での運用を通じて連続的に打ち上げられる予定だ。講義は中国の宇宙飛行士が「宇宙の先生」となり、若者を主な対象として地上と地球が協力し、対話形式で行われる。

画像出典: 中国有人宇宙飛行

宇宙ステーションは国家の宇宙実験室として、宇宙科学教育の重要な拠点でもあります。ユニークで豊富な教育リソースが含まれており、一般の人々、特に若者に科学精神を継承し、航空宇宙産業を愛するように刺激を与えるという特別な利点があります。

400キロ離れた「最も高い」講壇で教えるために必要なことは何でしょうか?

「天宮教室」の初回講義の特徴は何ですか？

将来の宇宙教室には何が期待できるのでしょうか?

国際宇宙連盟宇宙輸送委員会の副委員長である楊雨光氏は、中国新聞社の記者に独占インタビューを行い、上記の問題について解説した。

出典: 中国ニュースビデオ

以下はインタビューの編集された記録です。

宇宙授業の教材には特別な設計と配慮が必要

Q: 中国の宇宙ステーションは、初の宇宙教育活動を実施しようとしています。宇宙で教育を行うために、宇宙飛行士と地上職員はどのような準備をする必要がありますか?地上での授業と比べて、宇宙での授業の特別な点は何でしょうか?宇宙ステーションの環境は教育にどのような要件を課しますか?

楊雨光：宇宙での授業には慎重な準備が必要です。エンジニアリングと技術の観点から見ると、最大の課題はスムーズな通信リンクです。途切れることのない鮮明な映像を確保するためには、天聯中継衛星、宇宙ステーション、地上測定制御局間の緊密な協力が必要です。さらに、宇宙講義に使われる補助教材は、天舟貨物宇宙船か神舟宇宙船の乗組員によって宇宙ステーションに送られる必要がある。天舟宇宙船は6トン以上の物資を搭載できるが、そのほとんどは宇宙飛行士の生活に必要な消耗品や科学研究用品であり、教材のためのスペースはほとんど残っていないため、慎重な予算編成が必要となる。

天河1号コアモジュールの容積は約50立方メートルで、天宮1号よりはるかに大きい。しかし、このスペースの大部分は宇宙飛行士の科学研究、日用品、宇宙ステーションの運用機器によって占められています。そのため、地上での教育と比較すると、教材の重量と体積は制限されており、特別な設計と考慮が必要になります。輸送過程において、教材は過重や激しい振動などの厳しい環境にさらされるため、事前に振動実験を行って教材をテストする必要があります。

さらに、宇宙での授業では無重力環境の影響を考慮する必要があります。たとえば、無重力状態でも教材が使用できることを保証し、宇宙飛行士は無重力状態で撮影する際に安定性を維持する方法を練習する必要があります。

ビデオのスクリーンショット

Q：2013年、宇宙飛行士の王亜平さんは、聶海生さんと張暁光の協力を得て、初の宇宙講演を行い、質量試験、単振り子運動、ジャイロスコープ運動、水膜や水球の作成などの実験を実演しました。宇宙教育における実験を選択する際の考慮事項は何ですか?宇宙で教えるのに適したコースの種類は何ですか?

楊雨光：教材の制約に加え、コース選択の観点からは、微小重力環境下での物理や化学の現象など、天と地で異なる現象の方が教育内容として適しています。

宇宙ステーションで宇宙飛行士が行う研究には、科学研究と工学研究の 2 つのカテゴリがあります。前者は、微小重力条件下での流体の流れ、物体の燃焼、その他の物理的および化学的現象などの自然現象の研究であり、後者は、浄水システム、尿処理システムなどの工学的実践を含む。実際、神舟12号の宇宙飛行士の乗組員である劉波明は、以前、宇宙の飲料水がどこから来るのかを簡単に紹介していた。これらはすべて、将来、宇宙飛行士が現場でより詳細かつ徹底したデモンストレーションを行うことで、重要な教育コンテンツとして役立つと思います。

ファイル写真：11月24日、第13次宇宙飛行士の翟志剛と葉光富が宇宙写真家として王亜平の高解像度写真を撮影した。画像提供: 中国有人宇宙工学事務所

「天宮教室」は天と地のより包括的な交流を行うことができる

Q: この宇宙講演は世界に向けて生中継されます。 8年前の宇宙講演とどう違うのでしょうか？ 8年前の宇宙教育でどんな経験を積んできましたか？中国の宇宙ステーションで初の宇宙訓練を実施するために神舟13号の宇宙飛行士の乗組員を配置することの意義は何ですか？

楊雨光：8年前と比べて、中国の宇宙産業に対する世界の注目が大きく変わったというのが重要な点だと思います。最近、「天宮世界写真コンテスト」というイベントがあり、世界中の人々が通過する中国の宇宙ステーションの写真を撮るために競い合いました。私はずっと前から天宮と国際宇宙ステーションの撮影を始めました。これまで、こうした活動は中国ではあまり注目されていなかったが、現在では中国の宇宙ステーションと宇宙飛行士は世界的な注目を集めており、それは海外のソーシャルメディアにも反映されている。この世界規模のライブ放送は、間違いなく世界中からさらなる注目を集めることになるだろう。

2つ目の違いは、中国初の宇宙教育の社会的利益が徐々に明らかになってきたことです。 8年前、6000万人以上の小中学生が生放送を視聴しました。今では彼らの中には卒業して宇宙飛行士になった人もいます。当時のヤピン先生の教えが実を結びました。 「天宮教室」の開校は過去の延長線上にある。

さらに、天宮1号の最初の宇宙演習と比較すると、今回の演習の実証空間はより広く、通信支援技術はより成熟しており、地上と地球の間のより完全な相互作用を実行することができます。多忙なミッションの最中に宇宙飛行士が行う宇宙講義は、国と有人宇宙工学局が宇宙科学教育を重視していることを反映している。

ファイル写真：2013年6月20日午前10時頃、我が国初の宇宙授業が始まりました。女性宇宙飛行士の王亜平氏が主講師を務め、中国初の「宇宙教師」となった。写真は北京人民大学付属高校の生徒たちが熱心に耳を傾けている様子です。中国新聞社の記者、廖潘氏撮影

Q: 中国有人宇宙工学事務所は最近、2013年の「宇宙クラス」の生徒から王亜平先生に宛てた手紙を受け取りました。その中で生徒全員が、8年前の宇宙クラスが自分たちの宇宙への夢の種を植えてくれたと述べていました。宇宙教育は小中学生にどのような啓蒙効果をもたらすと思いますか？

楊雨光：1960年代から1970年代にかけて、アメリカでは多くの子供たちがアポロ月面着陸に感銘を受け、工学や自然科学に強い関心を抱きました。これはまた、1990年代のアメリカの経済的飛躍の人材基盤を提供しました。実は中国でも同様の現象が起きている。楊立偉氏の初の宇宙飛行と王亜平氏の初の宇宙講演により、小中学生の宇宙探査、物理学、数学などに対する関心が大きく高まりました。これは中国の航空宇宙人材層の構築にとって非常に重要であるだけでなく、国の工学および自然科学の発展を促進する上で計り知れない役割を果たします。

国民と航空宇宙の間に橋を架けることは極めて重要である

Q: 2007年に外国人宇宙飛行士が国際宇宙ステーションで初の宇宙教育を完了しました。海外の宇宙教育の歴史を紹介していただけますか？国内外の宇宙教育や宇宙科学普及活動の現状はどうなっているのでしょうか？

楊雨光：初めての宇宙教育の経験は大変なものでした。アメリカはかつて「宇宙教師プロジェクト」を立ち上げ、何万もの応募者の中からマコーリフとバーバラ・モーガンの2人の教師を、1人は主任教師、もう1人は予備教師として選んだ。この計画は、マコーリフ氏が死亡した1986年のチャレンジャー号爆発事故後、中止された。バーバラ・モーガンはNASAのプロの宇宙飛行士になるための訓練と選考に合格し、2007年に国際宇宙ステーションで人間向けの初の正式な宇宙授業を行いました。

なぜ「正式」を強調するのでしょうか?実際、国際的には単純な宇宙科学活動が数多く行われています。中継衛星を介してリアルタイムで行われるものもあれば、録画されてさまざまな形で放送されるものもあります。例えば、マレーシアの宇宙飛行士シュクル氏と韓国初の女性宇宙飛行士イ・ソヨン氏は、ともに宇宙で科学普及活動を行ってきました。このような活動は海外では非常に一般的であり、主要な宇宙大国に限ったことではありません。これは、各国が宇宙教育活動を認識し、重視していることを示しています。

たとえば、過去にはアマチュア無線愛好家が ITU が提供する周波数を使用して独自の無線局を設置していました。当時、ミール宇宙ステーションには特別な無線局が備えられていました。ある場所の上空を通過すると、宇宙飛行士は中継衛星や地上局を経由せずに、ラジオを通じて地元のラジオ愛好家と直接通信することができました。

このような非公式の宇宙科学普及活動は国際的に非常に頻繁に行われているが、中国のような公式の宇宙講演会はまだまれであり、その意義は非常に顕著であることは特筆に値する。

ライブスクリーンショット

Q：中国の宇宙ステーションが軌道上で長期間運用されるのに伴い、中国初の宇宙科学教育ブランド「天宮教室」がシリーズ化される予定です。中国の宇宙飛行士は「宇宙教師」として働き、このプログラムは地上と地球が協力し、対話形式で実行される。中国が今後、一連の宇宙科学教育活動を行うことの意義は何でしょうか？中国の宇宙ステーションは、航空宇宙科学の普及において他にどのような役割を果たすことができるのでしょうか?

楊雨光：航空宇宙産業の持続的な発展は、国民の理解と支持と切り離すことはできません。宇宙活動はますます成熟しつつあります。特に、中国の宇宙産業は初期の技術蓄積と検証から今日の開花と実を結ぶまでに成長し、国民経済に利益と支援をもたらしています。しかし、有人宇宙飛行、深宇宙探査、宇宙科学など、多額の投資、高いハードル、長い回収期間を必要とする宇宙活動もあります。

この点において、一般の人々と航空宇宙産業の間に橋を架けることが特に重要です。こうした特徴を国民に理解してもらい、航空宇宙産業を理解して支援してもらうことが必要です。衛星や他の宇宙船と比較すると、有人宇宙飛行は宇宙科学教育に適しています。中国は宇宙科学教育も宇宙ステーションの重要な機能の一つとみなしている。宇宙で授業を行うことは自然なことと言えるでしょう。

今後、航空宇宙科学の普及教育活動は、幅広く、深く展開していくことが期待されます。まず、教育内容の範囲が広く、微小重力環境下での物理・化学現象に限定されるだけでなく、宇宙科学研究や工学研究も紹介することができます。第二に、より詳細かつ影響力のある活動を実施できるようになります。中国にはすでに学生が作った立方体の衛星がある。宇宙打ち上げミッションで宇宙に運ばれるため、学生が設計した宇宙科学実験も将来は宇宙に行くことができるようになるでしょう。例えば、米国のスペースシャトルはかつて、中国の学生が設計した科学実験プロジェクトを宇宙に運んだことがある。実験の 1 つは、無重力環境でのゾウリムシの成長と繁殖を研究することでした。

中国の宇宙飛行士が宇宙で教育を行うのは今回が初めてではない。

コースレビュー

2013年6月20日午前10時、地球から300キロ以上離れた天宮1号モジュールで、神舟10号の3人の宇宙飛行士が全国の若者に中国初の宇宙授業を行いました。講演はわが国初の「宇宙教師」王亜平氏が担当し、聶海生氏が協力者、張小光氏がカメラマンを務めた。

中国の「宇宙での最初のレッスン」

王先生は2人の「ティーチングアシスタント」の協力を得て、地上教室で5つの基礎物理実験を実演し、無重力環境における物体の運動特性や液体の表面張力特性などの物理現象を示しました。

物体の質量測定

品質テストデモンストレーション

天宮1号の客室壁には質量測定器であるブラケット状の装置が設置されている。聶海生はブラケットの一方の端に体を固定した。王亜平はブラケットをそっと引いて開け、そして放した。バネの力でブラケットが元の位置に戻り、聶海生の体重が装置のLEDスクリーンに表示された。

王亜平：

質量測定器で使用される物理的原理は、ニュートンの運動の第二法則、F (力) = m (質量) × a (加速度) です。質量測定器のスプリングカム機構は一定の力Fを発生することができます。ブラケットのリセットの速度vと時間tは格子速度測定装置によって測定され、加速度（a=v/t）が計算されます。すると、物体の質量 (m=F/a) を計算できます。

単振り子運動

単純な振り子の運動のデモンストレーション

T字型ブラケットに結び付けられた小さな黄色の鋼球をゆっくりと特定の位置まで引っ張ってから放します。ボールは地上でよくあるように前後に揺れるのではなく、空中で止まります。ただし、指で接線方向に沿って軽く押すと、ボールはブラケットの軸を中心に円を描いて動きます。

王亜平：

宇宙では、ボールは無重力環境にあり、地上のように前後に揺れることができないため、ボールをどこに置いても静止したままになります。しかし、わずかな初期速度が与えられると、ボールは振り子の軸の周りを円運動します。

ジャイロスコープの動き

ジャイロスコープの動作のデモンストレーション

回転するコマを空中に吊るし、手でコマの上部をそっと押すと、コマは転がって飛んでいきます。しかし、ジャイロスコープが回転し始めてから外乱力が加わると、ジャイロスコープは転がらず、固定軸を維持しながら前方に飛びます。

王亜平：

高速回転ジャイロスコープの固定軸特性は航空宇宙分野で広く利用されています。天宮1号ターゲット宇宙船にはさまざまなジャイロスコープが搭載されており、宇宙船の飛行姿勢を正確に測定することができます。

水膜実験

水膜生成のデモンストレーション

金属製のリングを水袋の中にそっと入れ、ゆっくりと引き出します。金属リング上に大きな水膜が形成されます。これは、宇宙の無重力状態では液体の表面張力の特性が強調されるため、普通の水でも簡単に美しい水膜を形成できるからです。王亜平さんはまた、水膜の表面に中国結び模様のプラスチック片を貼り付けたが、水膜はそのまま残った。

中国結びのプラスチックシートを貼った水膜はまだ無傷です

王亜平：

もし詩人の李白が天国に住んでいたなら、おそらく「滝は三千フィート落ち込む」という有名な詩句を書くことはできなかっただろう。なぜなら、無重力の環境では水は真下に落ちることができないからだ。

水ボール実験

ウォーターボール作りのデモンストレーション

飲料水バッグ内の水をゆっくりと水膜に注入すると、水膜は大きなスパークリングウォーターボールに変わり、水球の中央に真珠のような小さな泡の列が現れます。空気を注入することで実際に泡を形成できるかどうかを検証するために、聶海生は注射器を使って以前に形成された小さな泡を抽出し、その後王亜平が再びそのガスを水球に注入しました。空気は水の球の中で大きな泡を形成し、動かずに留まりました。水球の反対側に空気を注入し続けると、別の泡が形成されます。 2 つのバブルは融合せず、互いに独立して存在します。その後、王亜平は水玉の中に赤い液体を注入し、透き通っていた水玉をピンク色に変えました。

美しいピンクのウォーターボール

王亜平：

この水の玉はレンズのように見えますか？私の姿も透けて見えますよ！

さらに、３人の宇宙飛行士はビデオ通話を通じて、地上の教師や生徒たちと「天と地の質疑応答」も行った。聶海生さんはまた、「空中瞑想」を披露し、無重力環境の素晴らしさを見せた。

聶海生が「Suspended Meditation」を披露

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総合情報源: 中国新聞社、中国有人宇宙飛行、CCTVニュース、中国有人宇宙飛行公式ウェブサイト