"Нас ждут космические дали". 10-й класс

В начале урока показывается видеофрагмент о полет Юрия Гагарина.

Цели урока:

• Образовательная: обобщить и систематизировать знания учащихся по темам “Реактивное движение” и “Закон всемирного тяготения”.
• Развивающая: развитие познавательных интересов к изучению истории космонавтики.
• Воспитательная: воспитание патриотизма, чувства гордости за достижения науки и советского народа.

Эпиграф

Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство.

Константин Эдуардович Циолковский

Отряд космонавтов, разделенный на три экипажа, проходит предполетную подготовку и отбор.

Вам предстоит пройти следующие испытательные полигоны:

• исторический;
• теоретический;
• практический;
• расчетный.

I. Исторический полигон.

1. Назовите русского ученого, автора первого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного для полета человека.

Автором первого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного для полета человека, был русский революционер – народоволец Николай Иванович Кибальчич. Его казнили 3 апреля 1881 года за участие в покушении на императора Александра II.

В марте 1881 года он выдвинул идею ракетного летательного аппарата с качающейся камерой сгорания для управления вектором тяги. Свой проект он разработал в тюрьме после вынесения смертного приговора. Н.И. Кибальчич писал: “Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении... Я спокойно встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мною”.

2. Назовите русского ученого, основоположника современной космонавтики, который писал: “Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели”.

Константин Эдуардович Циолковский (17.09.1857–19.09.1953)

Русский и советский учёный-самоучка, исследователь, школьный учитель. Основоположник современной космонавтики. Обосновал вывод уравнения реактивного движения, пришёл к выводу о необходимости использования “ракетных поездов” — прототипов многоступенчатых ракет.

3. Кто является основоположником практической космонавтики?

Сергей Павлович Королев  (12.01.1907 – 14.01.1966)

Советский учёный, конструктор. Крупнейшая фигура XX века в области космического ракетостроения и кораблестроения. Является создателем советской ракетно-космической техники, обеспечившей стратегический паритет и сделавшей СССР передовой ракетно-космической державой. Является ключевой фигурой в освоении человеком космоса. Благодаря его идеям впервые в мире был осуществлен запуск искусственного спутника Земли и первого космонавта нашей планеты Юрия Гагарина.

4. Кто и когда первым вышел в открытый космос?

Первый выход в космос был совершён советским космонавтом Алексеем Архиповичем Леоновым 18 марта 1965 года с борта космического корабля “Восход-2” с использованием гибкой шлюзовой камеры. Общее время первого выхода составило 23 минуты 41 секунда (из них вне корабля 12 минут 9 секунд), и по его итогам был сделан вывод о возможности человека выполнять различные работы в открытом космосе.

5. Назовите трех космонавтов, имеющих отношение к чувашской земле.

• Андриян Григорьевич Николаев. Летчик - космонавт СССР №3.
• Дважды Герой СССР. (5 сентября 1929 - 3 июля 2004)
• Родился в деревне Шоршелы Мариинско-Посадского района Чувашской АССР.
• Николай Михайлович Бударин 

(29 апреля 1953) — 82-й космонавт России, космонавт-испытатель отряда космонавтов РКК “Энергия”, Герой Российской Федерации. Совершил 3 полёта в космос.  Родился в поселке Киря в Чувашии.

Муса Хираманович Манаров (22 марта 1951, Баку, АзССР) — лётчик-космонавт СССР, полковник запаса, Герой Советского Союза. По национальности лакец. Детство провёл в городе Алатырь (Чувашия).

6. Сколько пилотируемых аппаратов садилось на Луну?

П. Теоретический полигон.

1. Сформулируйте закон, используемый для расчета скоростей космических кораблей.

Закон сохранения импульса.

В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

2. Назовите фамилию ученого, открывшего законы движения небесных тел.

Иоганн Кеплер (27.12 1571  — 15.11 1630)

Немецкий математик, астроном, оптик и   астролог. Открыл законы движения планет.

3. Сформулируйте закон, отрытый Исааком Ньютоном в 1667 году, являющийся основным для описания движения небесных тел.

Закон всемирного тяготения. Он гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m₁ и m₂, разделёнными расстоянием R, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

4. Что такое первая космическая скорость?

Первая космическая скорость (круговая скорость) — скорость, которую необходимо придать объекту без двигателя, пренебрегая сопротивлением атмосферы и вращением планеты, чтобы вывести его на круговую орбиту с радиусом, равным радиусу планеты.

5. Что такое вторая космическая скорость?

Вторая космическая скорость (параболическая скорость, скорость освобождения, скорость убегания) — наименьшая скорость, которую необходимо придать объекту (например, космическому аппарату), масса которого пренебрежимо мала по сравнению с массой небесного тела (например, планеты), для преодоления гравитационного притяжения этого небесного тела.

6. Что такое третья космическая скорость?

Третья космическая скорость — минимально необходимая скорость тела без двигателя, позволяющая преодолеть притяжение Солнца и в результате уйти за пределы Солнечной системы в межзвёздное пространство.

При наиболее энергетически выгодном старте скорость объекта должна быть сонаправлена скорости орбитального движения Земли вокруг Солнца.

Аппараты “Пионер-10” (стартовал в марте 1972 года) и “Пионер-11” (стартовал в апреле 1973 года) первыми достигли третьей космической скорости и первыми исследовали дальний космос.

“Пионер-10” пролетел мимо Юпитера в декабре 1973 года. Основной его задачей было изучение условий в окрестностях Юпитера и получение фотографий планеты.

“Пионер-11” миновал Юпитер в 1974 году и продолжил полет. В 1979 году он достиг Сатурна.

Возможно, электрическая жизнь в нём теплится ещё и сегодня, но мы об этом уже не узнаем. Пионер - 10 с золотой табличкой на борту, запечатлевшей основные сведения о Земле и её обитателях, направляется в созвездие Тельца, к звезде Альдебаран: путь в 68 световых лет он преодолеет за два миллиона лет земных.

Корабли-близнецы Вояджер 1 (стартовал 5 сентября 1977 года) и Вояджер 2 (стартовал 20 августа 1977 года), как планировалось первоначально, должны были изучить Юпитер, Сатурн, кольца Сатурна и большие спутники обеих планет.

Проект считается одним из самых успешных и результативных в истории межпланетных исследований. Оба “Вояджера” впервые передали качественные снимки Юпитера и Сатурна, а “Вояджер-2” впервые достиг Нептуна и Урана. “Вояджеры” стали третьим и четвёртым космическими аппаратами, покинувшими пределы Солнечной системы.

IV. Практический полигон.

1. Почему Циолковский писал о необходимости использовать многоступенчатые ракеты?

В 1935 году Циолковский написал работу “Наибольшая скорость ракеты”, в которой утверждал, что при уровне технологии того времени достичь первой космической скорости (на Земле) можно только с помощью многоступенчатой ракеты. Это утверждение сохраняет свою справедливость и сегодня: все современные носители космических аппаратов — многоступенчатые.

2. Где нужно строить космодромы?

При выборе места для строительства космодрома учитываются такие факторы, как наличие зон отчуждения (участков незаселённой или малонаселённой местности) для падения отделяемых частей ракет в штатных и аварийных ситуациях, а также хорошо развитой сети транспортных и энергетических магистралей. Важно и географическое расположение места старта.

Например, в зависимости от широты места старта, меняется добавка к характеристической скорости ракеты за счёт суточного вращения Земли: дополнительная линейная скорость (на экваторе 465 м/с, на широте Байконура — 316 м/с) при заданной мощности РН позволяет вывести на орбиту в восточном направлении полезный груз (ПГ) большей массы.

Указанные причины обусловили расположение большинства зарубежных космодромов на побережье океана, по возможности в районах, наиболее близких к экватору.

Погодные условия в районе космодрома тоже имеют значение — большое число безоблачных и, по возможности, безветренных дней в году дают возможность более эффективно использовать оптические средства слежения за полётом РН.

3. Почему в России космонавтика началась с одноразовых кораблей?

Ракетостроение имеет в своей основе два источника — авиацию и артиллерию. Авиационное начало требовало многоразовости и крылатости, артиллерийское было склонно к одноразовому применению “ракетного снаряда”. Когда дело дошло до практики, конструкторы столкнулись с целым комплексом проблем высокоскоростного полета, в числе которых — чрезвычайно высокие механические и тепловые нагрузки. Инженеры смогли подобрать оптимальную форму боевой части и эффективные теплозащитные материалы. И когда начали разрабатывать реальные космические корабли, проектанты оказались перед выбором концепции: строить космический “самолет” или аппарат капсульного типа, похожий на головную часть межконтинентальной баллистической ракеты? Поскольку космическая гонка шла в бешеном темпе, было выбрано наиболее простое решение — ведь в вопросах аэродинамики и конструкции капсула куда проще самолета.

    На техническом уровне тех лет сделать капсульный корабль многоразовым было практически нереально. Баллистическая капсула входит в атмосферу с огромной скоростью, а ее поверхность может нагреваться до 2 500—3 000 градусов. Космический самолет, обладающий достаточно высоким аэродинамическим качеством, при спуске с орбиты испытывает почти вдвое меньшие температуры (1 300—1 600 градусов), но материалы, пригодные для его теплозащиты, в 1950—1960-е годы еще не были созданы. Единственной действенной теплозащитой была тогда заведомо одноразовая абляционная обмазка. Попытки разместить в единой капсуле все системы — двигательную установку с топливными баками, системы управления, жизнеобеспечения и энергопитания — вели к быстрому росту массы аппарата: чем больше размеры капсулы, тем больше масса теплозащитного покрытия. Однако грузоподъемность тогдашних ракет-носителей была ограниченна. Решение было найдено в делении корабля на функциональные отсеки. “Сердце” системы обеспечения жизнедеятельности космонавта размещалось в небольшой кабине-капсуле с тепловой защитой, а блоки остальных систем были вынесены в одноразовые отделяемые отсеки, естественно, не имевшие никакого теплозащитного покрытия.

4. Для чего запускаются ИСЗ?

Различают следующие типы спутников: Астрономические спутники — это спутники, предназначенные для исследования планет, галактик и других космических объектов.

• Биоспутники — это спутники, предназначенные для проведения научных экспериментов над живыми организмами, в условиях космоса.
• Дистанционного зондирования Земли
• Космические корабли — пилотируемые космические аппараты
• Космические станции — долговременные космические корабли
• Метеорологические спутники — это спутники, предназначенные для передачи данных в целях предсказания погоды, а также для наблюдения климата Земли.
• Навигационные спутники.
• Разведывательные спутники.
• Спутники связи.
• Телекоммуникационные спутники.
• Экспериментальные спутники.

5. Как питаются космонавты?

К особенностям организации питания следует отнести:

• повышенные требования к прочности тары и упаковки продуктов вследствие перегрузок;
• невозможность применения традиционной посуды (тарелки, чашки, стаканов) из-за условий невесомости;
• ограничение содержания в продуктах жидкой фазы (однако, продукты не должны быть только сухими, брикетированными или и виде таблеток; по свойствам они должны максимально приближаться к продуктам, потребляемым в земных условиях);
• повышенные требования к продуктам, которые крошатся и являются опасными для здоровья космонавтов (например, попадание крошек в горло в условиях невесомости, загрязнение кабины и др.);
• длительность сроков хранения, полноценность продуктов по составу, ограничение по массе и объему, отсутствие несъедобной части.

Перечисленные факторы рациона являются основными при подборе продуктов для космонавтов

6. Какие необычные состояния испытывают космонавты во время полета?

Если ускорение тела равно ускорению свободного падения a = g, то вес тела P = 0. Такое состояние называется состоянием невесомости. В состоянии невесомости пребывают космонавты в космическом корабле во время полета, поскольку они движутся вокруг Земли с центростремительным ускорением, равным ускорению свободного падения

Если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением, направленным противоположно ускорению свободного падения, то его вес больше силы тяжести, т. е. больше веса покоящегося тела.

Увеличение веса тела, вызванное движением с ускорением, называют перегрузкой. Огромные перегрузки испытывают космонавты и пилоты реактивных самолетов при взлете и посадке. Для того чтобы уменьшить давление на скелет космонавтов при взлете, сделаны специальные кресла, в которых космонавты находятся в полулежачем положении. При этом сила давления, которая действует на космонавта, распределяется на большую площадь, и давление на скелет становится меньше, чем в том случае, когда космонавт находится в сидячем положении.

1. На экране монитора в Центре управления полетом отражены графики скоростей многоступенчатой ракеты массой 50 т и первой отделившейся ступени массой 10 т. Чему равна скорость оставшейся части ракеты?

1. 7 * 10³ м/с

2. 8 * 10³ м/с

3. 9 * 10³ м/с

4. 13 * 10³ м/с

2. На какой стадии полета в космическом корабле, который становится на орбите спутником Земли, будет наблюдаться невесомость?

1. на стартовой позиции с включенным двигателем

2. при выходе на орбиту с включенным двигателем

3. при орбитальном полете с выключенным двигателем

4. при посадке с парашютом с выключенным двигателем

3. Искусственный спутник движется вокруг Земли по круговой орбите. Выберите правильное утверждение. 

1.  Скорость спутника направлена к центру Земли.

2. Земля притягивает спутник с силой, большей, чем спутник притягивает Землю.

3. Скорость спутника направлена в сторону противоположную центру Земли.

4. Ускорение спутника равно ускорению свободного падения вблизи поверхности Земли.

4. Чему равна первая космическая скорость для тела, запущенного с поверхности Земли?

1. 8 м/с

2. 8 км/с

3. 9,8 м/с

4. 11,2 км/с

5. Какой позывной был у Юрия Гагарина во время его полета в космос?

1. Сокол

2. Беркут

3. Кедр

4. Тополь

VI. Карта рефлексии (каждый ученик ставит себе оценку за работу на уроке).

Кроме этого, подводится итог командной игры.

В конце урока звучит песня “Я верю, друзья, караваны ракет...”

Тест.