Δραστηριότητα πυραύλων: Ανύψωση Βαρέως Φορτίου

Αυτή η καλλιτεχνική απεικόνιση δείχνει την πρώτη φάση του Συστήματος Εκτόξευσης Διαστήματος (SLS) της NASA, ενός οχήματος εκτόξευσης που έχει σχεδιαστεί για να στέλνει αστροναύτες στο βαθύ διάστημα. Μάθε περισσότερα

Υλικά

• Μεγάλα κλιπ-συνδετήρες (1 ανά εξέδρα εκτόξευσης)
• Πετονιά ή λείος σπάγκος
• Μακριά μπαλόνια (Πολλά καταστήματα με είδη πάρτι διαθέτουν πακέτα με μπαλόνια διαφόρων ειδών και όχι μόνο μακριά. Ρωτήστε εάν θα μπορούσατε να αγοράσετε μόνο  μακριά μπαλόνια. Τα μπαλόνια γίνονται κύλινδροι διαμέτρου 12 εκ και μήκους 60 εκ (5 και 24 ίντσες αντίστοιχα) . Μερικές φορές ονομάζονται 524. Βρείτε κατασκευαστές και διανομείς αναζητώντας "μπαλόνια κατασκευηής 524" ή "μπαλόνια κατασκευών" στο διαδίκτυο.)
• Χάρτινο κύπελλο καφέ μεγέθους 75ml.
• 2 ίσια καλαμάκια
• 50 μικροί συνδετήρες
• Πλαστική σακούλα σε μέγεθος σάντουιτς
• Χαρτοταινία
• Φύλλο εργασίας - Αναφορά αποστολής πυραύλων Βαρέως Φορτίου - λήψη PDF
• Χειροκίνητες τρόμπες μπαλονιών (προαιρετικά)
• Ξύλινα μανταλάκια με ελατήριο (προαιρετικά)

Διαχείριση

• Προετοιμάστε την τάξη σας δημιουργώντας «πλατφόρμες εκτόξευσης» που αποτελούνται από κομμάτια πετονιάς ή κορδονιού που κρέμονται από την οροφή (μία πετονιά ανά ομάδα μαθητών). Εάν η τάξη σας έχει ψευδοροφή, χρησιμοποιήστε συνδετικά κλιπ ή μανταλάκια και στερεώστε τα στο μεταλλικό πλαίσιο που στηρίζει τα πλακάκια οροφής. Δέστε τη πετονιά στο κλιπ ή σε μια πρόκα. Βεβαιωθείτε ότι ίναι αρκετά μεγάλη και φτάνει στο πάτωμα. Πρέπει να υπάρχει αρκετός χώρος εργασίας γύρω από κάθε πλατφόρμα εκτόξευσης.
  
• Εξηγήστε πώς χρησιμοποιείται το καλαμάκι για την καθοδήγηση των πυραύλων. Η πετονιά ή το κορδόνι περνάει μέσα από το καλαμάκι και ένα ή περισσότερα μπαλόνια συνδέονται σε αυτό με κολλητική ταινία. Όταν απελευθερωθεί το μπαλόνι, το καλαμάκι θα ανέβει στην πετονιά. Τονίστε ότι είναι πολύ σημαντικό να κρατούν το κάτω άκρο του σχοινιού στο πάτωμα. Εάν το σχοινί δεν είναι εντελώς τεντωμένο, ή εάν το κάτω άκρο του είναι ελεύθερο, ο πύραυλος θα κουνηθεί και δεν θα φτάσει στην οροφή.
  
• Εάν έχετε τρόμπες για τα μπαλόνια δείξτε τους πώς χρησιμοποιούνται για το φούσκωμα των μπαλονιών.
  
• Αποφύγετε την παροχή πολλών πληροφοριών στους μαθητές. Αυτή είναι μια άσκηση δημιουργικότητας, δεξιοτήτων και επίλυσης προβλημάτων. Απλώς εξηγήστε τη δραστηριότητα, πώς να χρησιμοποιούν τα καλαμάκια για σταθερότητα και πείτε τους ότι μπορούν να χρησιμοποιήσουν οποιοδήποτε ή όλα τα εξαρτήματα στα κιτ προμηθειών τους για να κατασκευάσουν και να εκτοξεύσουν τους πυραύλους τους. Τα κιτ προμηθειών περιέχουν τρία μπαλόνια. Υπενθυμίστε στους μαθητές ότι δικαιούνται μόνο τρία μπαλόνια.
• Για περισσότερες λεπτομέρειες στον τρόπο κατασκευής του "πυραύλου" δείτε το μάθημα 12. Απλή πυραυλική επιστήμη

Ιστορικό

Το πρόγραμμα Artemis της NASA θα επιστρέψει τους ανθρώπους στη Σελήνη στέλνοντας την πρώτη γυναίκα και το πρώτο έγχρωμο άτομο στη σεληνιακή επιφάνεια. Ένα θεμελιώδες κομμάτι του προγράμματος είναι το Space Launch System της NASA, ή SLS, ένας πύραυλος που θα επιτρέψει την ανθρώπινη εξερεύνηση πέρα από την τροχιά της Γης. Το SLS θα χρησιμοποιηθεί στο πρόγραμμα Artemis για μια σειρά αποστολών χωρίς πλήρωμα αλλά και με πλήρωμα, μεταφέροντας τελικά αστροναύτες στη Σελήνη κατά τη διάρκεια της αποστολής Artemis III. Η NASA σχεδιάζει να συνεχίσει να στέλνει αποστολές στη Σελήνη περίπου μία φορά το χρόνο , ενώ θα χρησιμοποιήσει επίσης το SLS για την εκτόξευση ρομποτικών επιστημονικών αποστολών σε μέρη όπως η Σελήνη, ο Άρης, ο Κρόνος και ο Δίας.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πρόγραμμα SLS, επισκεφθείτε τη διεύθυνση: http://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/index.html

Διαδικασίες

1. Χωρίστε τους μαθητές σας σε ομάδες των τριών. Εξηγήστε τους τη δραστηριότητα.
   «Η NASA αναζητά δημιουργικές ιδέες για την εκτόξευση βαρέων φορτίων σε τροχιά. Τα ωφέλιμα φορτία περιλαμβάνουν ανταλλακτικά και προμήθειες για τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό καθώς και διαστημόπλοια που θα μεταφέρουν ανθρώπους στο φεγγάρι και τον Άρη. Η NASA ενδιαφέρεται επίσης για πυραύλους που μπορούν να μεταφέρουν μεγάλες δεξαμενές καυσίμων που θα χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία πυραύλων στο βαθύ διάστημα. Καλείστε να κατασκευάσετε τον πιο αποτελεσματικό πύραυλο βαριάς ανύψωσης διαθέτοντας όλοι τα ίδια υλικά. Η ομάδα που θα καταφέρει να σηκώσει το μεγαλύτερο ωφέλιμο φορτίο στο διάστημα (το ανώτατο όριο) είναι η νικήτρια».
   
2. Δώστε σε κάθε ομάδα ένα πανομοιότυπο σετ υλικών. Πείτε τους ότι οποιοδήποτε ή όλα αυτά τα υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τους πυραύλους τους.
   
3. Ελέγξτε τη διαδικασία εκκίνησης. Εξηγήστε πώς το καλαμάκι οδηγεί τον πύραυλο επάνω στη πετονιά ή το κορδόνι και ότι η πετονιά πρέπει να είναι κολλημένη στο πάτωμα πριν την εκτόξευση. Υπενθυμίστε στις ομάδες ότι διαθέτουν μόνο τρία μπαλόνια. Μπορούν να τα εκτοξεύσουν όσες φορές θέλουν, αλλά θα πρέπει να προσπαθούν συνέχεια να αυξάνουν τον αριθμό των συνδετήρων που θα φορτώνουν με επιτυχία.
   
4. Σχεδιάστε ένα γράφημα στον πίνακα για να καταγράψουν οι ομάδες τα αποτελέσματά τους (δηλαδή, τον αριθμό των συνδετήρων που φτάνουν στο ανώτατο όριο).
   

Συμβουλή: Αν θέλετε, δώστε ένα επιπλέον μπαλόνι σε κάθε ομάδα ως αντικατάσταση σε περίπτωση που κάποιο σκάσει ή ως τέταρτο πύραυλο για την κατασκευή τους. Φτιάξτε ένα μικρό κουπόνι για το επιπλέον μπαλόνι και βάλτε το στη σακούλα εξαρτημάτων. Τα κουπόνια θα σας βοηθήσουν να παρακολουθείτε ποιες ομάδες έχουν ήδη χρησιμοποιήσει ένα επιπλέον μπαλόνι.
Συμβουλή: Καμιά φορά, κάποιο μπαλόνι μπορεί να είναι τρύπιο και να ξεφουσκώνει γρήγορα, ή να μη φουσκώνει καθόλου. Για τον λόγο αυτό πρέπει να έχετε έναν μικρό αριθμό επιπλέον μπαλονιών για κάθε ενδεχόμενο.

Συζήτηση

• Γιατί η NASA υποστηρίζει τις εμπορικές διαστημικές εταιρείες;
  Οι διαστημικές προσπάθειες της NASA στοχεύουν στη διεύρυνση των οριζόντων μας στο διάστημα. Αν και οι πύραυλοι που κατασκευάζει μπορούν έυκολα να  να εκτοξεύουν δορυφόρους επικοινωνιών, μετεωρολογίας και ανίχνευσης φυσικών πόρων της Γης, η NASA κοιτάζει πάντα πιο μακριά. Έτσι όταν πρωτοπορεί σε μια νέα τεχνολογία, στη συνέχεια προσπαθεί να αναθέσει τη συνέχιση της παραγωγής στον ιδιωτικό τομέα. Με αυτόν τον τρόπο, η NASA μπορεί να επικεντρωθεί και να προχωρήσει στον επόμενο στόχο της. Οι σημερινοί στόχοι της NASA περιλαμβάνουν τις πρώτες μόνιμες βάσεις στο φεγγάρι και τις πρώτες ανθρώπινες αποστολές στον Άρη. Αυτές είναι απαιτητικές προκλήσεις. Όταν ολοκληρωθούν, θα ακολουθήσουν εμπορικές διαστημικές εταιρείες, επιτρέποντας στη NASA να προχωρήσει σε ακόμη μεγαλύτερες προκλήσεις.
  
  
• Γιατί είναι σημαντικό να κατασκευάζονται αποτελεσματικά βαρέα συστήματα εκτόξευσης;
  Το ταξίδι στο διάστημα είναι μια πολύ δύσκολη και δαπανηρή προσπάθεια. Απαιτούνται τεράστιοι πύραυλοι και τεράστιες ποσότητες προωθητικών για να ολοκληρωθεί η δουλειά. Για ορισμένους πυραύλους, το κόστος εκτόξευσης ήταν περίπου 20.000 ευρώ ανά κιλό ωφέλιμου φορτίου που ανεβαίνει στην τροχιά της Γης. Αν αυτό το κόστος συνεχιζόταν, φανταστείτε ότι θα ήταν σαν να μένετε σε ένα διαστημικό ξενοδοχείο όπου το μικρό μπυυκαλάκι νερό θα κόστιζε περίπου  περίπου 10.000 ευρώ! Η βελτίωση των πυραύλων βαριάς ανύψωσης (ελαφρύτερες κατασκευές πυραύλων, πιο αποδοτικοί κινητήρες προωθητικού κινητήρα κ.λπ.) θα μας επιτρέψει να πετύχουμε πολύ περισσότερα στο διάστημα με πολύ πιο λογικό κόστος!

Αξιολόγηση

• Ζητήστε από κάθε ομάδα να περιγράψει το σχέδιό της στην τάξη:
  
• Πόσα μπαλόνια χρησιμοποίησαν;
  
• Πόσους συνδετήρες μετέφερε ο πύραυλός τους στο ταβάνι;
  
• Πώς σύνδεσαν τους συνδετήρες στο μπαλόνι;
  
• Τι προβλήματα αντιμετώπισαν;
  
• Πώς έλυσαν αυτά τα προβλήματα;
  
• Ζητήστε τους να γράψουν μια περίληψη του οχήματος εκτόξευσης χρησιμοποιώντας σωστούς επιστημονικούς και τεχνολογικούς όρους (π.χ. ανύψωση, ωφέλιμο φορτίο, μάζα, ώθηση).
  
• Ανατρέξτε στην παρακάτω ρουμπρίκα αξιολόγησης του μηχανικού σχεδιασμού.
  

Επεκτάσεις

• Προκαλέστε τους μαθητές να σχεδιάσουν έναν πύραυλο δύο σταδίων. Το κάτω μπαλόνι θα «πυροδοτεί» πριν από το πάνω μπαλόνι. Το επάνω μπαλόνι θα μεταφέρει το ωφέλιμο φορτίο στην οροφή.