作为2023“全国科普日”系列活动的重要内容，9月23日上午，“常博大讲堂”开展“飞出地球：从‘天宫遨游’到‘祝融探火’”科普讲座，吸引近百名中小学生现场聆听和互动。

主讲人刘玉柱教授来自南京信息工程大学，现任教师教育学院副院长，博士毕业于中国科学院研究生院，毕业后获得欧盟“玛丽·居里学者（Marie Curie Fellowship）”奖学金，在瑞士Paul Scherrer Institute从事博士后研究工作。刘教授长期从事光学工程和科学教育研究工作，入选江苏省首席科技传播专家。

本次讲座从梦天实验舱授课、航天员太空会师等热点议题入手，展开介绍宇宙速度、天宫课堂、火星探测等科学知识，并对我国未来的航天事业进行展望。

著名的物理学家牛顿曾提出一个经典的猜想：在一座高山上架起一座大炮，以不同的速度将炮弹水平射出去，射出速度越大，炮弹落地点就离山脚越远。他推想：当射出速度足够大时，炮弹将会越来越远，最终绕着地球飞行。这就是著名的“牛顿大炮”故事。原理是炮弹受到的地球引力充当了炮弹圆周运动时的向心力，这时炮弹不会再被地球引力往下“拉”了。以此类推，当卫星的速度足够大时，它同样可以不被地球引力“拉回”地面，开始环绕着地球飞行！经过公式计算，我们知道了卫星想要飞出地球的最小速度，也就是卫星“贴着”地球匀速圆周飞行时的速度，是7.9km/s，这个飞出地球的最小速度被人们称为第一宇宙速度；而脱离地球、围绕太阳飞行时的最小速度被称为第二宇宙速度，是11.2km/s；脱离太阳系的最小速度则被称为第三宇宙速度，是16.7km/s。举例来说，载人飞船的发射需要超过第一宇宙速度，然后再与天宫空间站进行对接。而火星探测器“天问一号”，它就需要经历飞出地球进入太空和脱离地球飞向火星两个步骤，所以发射时的速度要大于第一宇宙速度，进入太空后，要再次加速，达到第二宇宙速度后开始脱离地球，飞向火星。

由于太空中可以提供地球上难以达到甚至不能达到的实验环境，比如微重力环境等，航天员们在空间站开展科学实验研究。在四次“天宫课堂”中，航天员们为我们上演了太空转身、水膜张力、液桥演示、浮力消失、水球光学、水油分离、太空抛物、“球形”火焰、奇妙“乒乓球”、动量守恒及又见陀螺等等精彩绝伦的实验，让我们进一步真切感知太空环境与地球环境的区别。

2020年，“天问一号”一飞冲天，开始了前往火星的征途。2021年5月，在历经了近11个月后，搭载“天问一号”探测器的“祝融号”火星车成功抵达火星表面，开启了火星探索之旅。火星探测最根本的目的包括确认火星上是否存在生命、了解火星气候的过程和历史、了解火星作为一个地质系统的起源和演化、为载人探索做准备。“天问一号”的探测任务可以总结为四个方面：研究火星地质结构特征、火星土壤特征和水冰分布、火星表面物质组成、火星物理场与内部结构。“祝融”号火星车上藏着许许多多的前沿先进技术，共分为六大科学载荷：导航地形相机，获取沿途地形地貌数据，支持火星车路径规划和探测目标选择，并用于开展形貌特征与地质构造研究；次表层探测雷达，获取地表以下分层结构数据，用于浅表层结构分析，探寻可能存在的地下水冰；气象测量仪，获取气温、气压、风速、风向等气象数据，用于开展大气物理特征的研究；表面磁场探测仪，获取局部磁场数据，与环绕器磁强计配合，探索火星磁场演变过程；表面成分探测仪、多光谱相机，获取特定岩石、土壤等典型目标的光谱数据，用于元素和矿物组成等分析研究。所有载荷中，有一项载荷担任着整个探测任务的重要职责，它就是激光诱导击穿光谱技术，又称为“LIBS”技术。它是一种超级灵敏的光谱探测技术，可以用于物质成分的分析，就像孙悟空的“火眼金睛”一样，能看穿万物的本质，更好地分析火星上面物质的成分。

展望未来，我们对问天之路充满期许和憧憬。为实现航天梦，我国制定了中国航天三步走计划：第一步是发射无人和载人飞船，将航天员安全地送入近地轨道，进行对地观测和科学实验，并使航天员安全返回地面。随着我国第一名航天员杨利伟于2003年10月16日安全返回，中国载人航天工程的历史性突破即第一步的任务已经完成。第二步是继续突破载人航天的基本技术，多人多天飞行、航天员出舱在太空行走、完成飞船与空间舱的交会对接。在突破这些技术的基础上，发射短期有人照料的空间实验室，建成完整配套的空间工程系统。2005年10月12日发射“神舟六号”，即标志着中国开始实施载人航天工程的第二步计划。2019年7月19日由我国自主研发的“天宫二号”空间实验室圆满完成任务返回地球指定位置，第二步任务已经完成。第三步，建立永久性的空间实验室，建成中国的空间工程系统，航天员和科学家可以来往于地球与空间站，进行规模比较大的空间科学试验。中国载人航天“三步走”计划完成后，航天员和科学家在太空的实验活动将会实现经常化，为中国和平利用太空和开发太空资源打下坚实基础。

未来，中国也将继续实施行星探测工程，发射小行星探测器、完成近地小行星采样和主带彗星探测，完成火星采样返回、木星系探测等关键技术攻关，论证太阳系边际探测等实施方案。继“天问一号”火星探测，轨道器绕火、着陆器和巡视器着陆火星并在火星表面展开科研项目，“天问二号”完成近地小行星采样和主带彗星探测，“天问三号”将完成火星采样返回，“天问四号”将完成木星系探测。

此外，还有两个100目标：在2049年，即新中国成立100周年之际，实现对100个天文单位（150亿公里）之外的太阳系边际进行探测。

未来的一切都属于青年，中国航天人才队伍，平均年龄只有三十多岁，却已然成为我国航天事业最大最重要的战略资源，事业发展中最坚实的基础。希望同学们接续奋斗伟大事业，扬起实干风帆、燃起拼搏之志，勇担历史使命，做起而行之的追梦人，凝聚青春力量，在新征程中建功立业，谱写未来航天的盛世华章！

文/李敏   图/陈辉