Дом под куполом «IOT ПРОЕКТ ЛУННАЯ БАЗА С АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЮДЕЙ В КОСМОСЕ»

Дом под  куполом

«IOT ПРОЕКТ ЛУННАЯ БАЗА

С  АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ

ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЮДЕЙ В КОСМОСЕ»

1. Аннотация

Людей всегда интересовал космос. Луна, находясь ближе всего к нашей планете, стала единственным небесным телом, на котором побывал человек. С чего начинались исследования нашего спутника, и кто одержал пальму первенства в приземлении на Луну? Прошедшие двадцать лет бурного развития селенологии, вызванного применением космических средств, дали в руки ученых огромный экспериментальный материал. Многое в строении Луны сегодня известно. Многое еще предстоит узнать, развить и уточнить, многое- переосмыслить, используя уже имеющийся массив научной информации. Процесс познания — непрерывен. Необходимо идти вперед, добывать новые факты, обобщать их, двигаться дальше по бесконечной дороге раскрытия тайн Вселенной. Луна как объект приложения средств космонавтики представляет интерес с нескольких точек зрения.

       Во-первых, будут продолжены эксперименты по изучению природы Луны, получению более полной и детальной информации о се строении. На Луне еще много «белых пятен», и это касается прежде всего приполярных районов и обратной, не видимой с Земли, стороны. Эти районы нуждаются в геологическом и геохимическом исследованиях. Очень немного известно о тепловых потоках из недр Луны и их вариациях в различных районах. Структура лунных недр, исследованная сейсмическими методами, известна недостаточно точно, существуют различные точки зрения на наличие, размеры и физическое состояние лунного ядра. Эти данные необходимы для исследования общих закономерностей, свойственных строению крупных небесных тел Солнечной системы, включая и Землю.

          Вторым интересным аспектом освоения Луны является возможность использования ее поверхности для размещения различного научного оборудования с целью проведения широкого круга астрономических и астрофизических экспериментов. Отсутствие у Луны атмосферы создает практически идеальные условия для наблюдения и изучения планет Солнечной системы, звезд, туманностей и иных галактик. При этих условиях разрешение телескопа с диаметром зеркала 1 м будет эквивалентно разрешению наземного инструмента, имеющего зеркало диаметром 6 м. Кроме того, отсутствие атмосферы дает возможность проводить исследования используя практически весь диапазон электромагнитного спектра, что позволит в будущем резко расширить наши знания как о собственной Солнечной системе, так и на новом уровне подойти к разрешению загадок, таящихся в таких экзотических астрономических объектах, как пульсары, квазары, нейтронные звезды и черные дыры, изучать грандиозные процессы, происходящие в недрах галактик.

        Еще одна заманчивая перспектива радиоастрономии связана с возможностью использования двух радиотелескопов: одного — на Земле, другого — на Луне в качестве радиоинтерферометра — системы, позволяющей резко повысить разрешающую способность. Использование этого приема в земных условиях позволило получить радиоизображение крупных деталей поверхности Венеры, недоступных для дистанционных оптических наблюдений из-за ее мощного облачного слоя. В земных условиях использование принципа радио интерферометрии ограничено диаметром земного шара. Установка радиотелескопа на Луне позволит увеличить базу — расстояние между двумя радиотелескопами — до 384000 км и резко повысить разрешающую способность всей системы.

Активное зондирование атмосферы Земли при радио- и световой локации на различных длинах волн позволит получать полную картину распределения зон дождей и снегопадов, их размеры и интенсивность, вести ледовую разведку сразу в масштабах полушария. Цветозональная съемка, уже показавшая свою эффективность при работе экипажей на борту орбитальных станций, и при наблюдениях с Луны будет полезна различным специалистам для изучения и рационального использования земных ресурсов и охраны среды.

         Решение новых, перспективных задач изучения и освоения Луны неразрывно связано с развитием всей космонавтики и во многом определяется совершенствованием космической техники. Накопленный научный и технический потенциал является надежным фундаментом развертывания всего необходимого комплекса работ в этом направлении. Автоматические станции различного назначения, искусственные спутники Луны, автоматические устройства для отбора образцов грунта и доставки его на Землю, самоходные передвижные лаборатории, внесшие большой вклад в успехи селенологии, будут верно служить науке и дальше. Постоянное их совершенствование, расширение диапазонов действия, увеличение автономности, ресурса работы и надежности позволят им и впредь играть значительную роль в исследовании Луны.

        Лунная база — уникальное место для проведения научных экспериментов в области планетологии, астрономии, космологии, космической биологии и других дисциплин.                Изучение лунной коры важно для исследования эволюции Солнечной системы, появления жизни.   Отсутствие атмосферы позволяют строить на лунной поверхности оптические и радиотелескопы, способные получить гораздо более детализированные изображения, чем это возможно с земных телескопов. Строительство таких телескопов обойдётся дешевле, чем развёртывание космических обсерваторий, таких как «Хаббл». К тому же, их гораздо проще обслуживать и модернизировать.

     Лунная база может использоваться как перевалочный пункт для межпланетных и межзвёздных космических миссий и как космопорт. Ещё одна важная причина колонизации Луны — наличие на Луне полезных ископаемых, запасы которых на Земле подходят к концу (гелий-3) или доставка которых на орбиту слишком дорого обходится (железо, алюминий, титан). На Луне найдены залежи водяного льда — источника воды, кислорода, водорода. В некоторых случаях проще использовать лунный материал, чем доставлять его с Земли.

       Российские специалисты предполагали, что именно добыча гелия-3 станет главной частью российской лунной программы. Об этом говорил, в частности, глава РКК «Энергия» Николай Севастьянов. Некоторые эксперты считают, что условия вакуума и дешёвой солнечной энергии позволяют использовать лунную поверхность для строительства больших автоматизированных заводов по производству электроники, а также для металлургии: земная атмосфера сильно ухудшает качество литья и сварки и делает невозможным получение сверхчистых сплавов и подложек микросхем в больших объёмах.

    Исходя из всего выше сказанного, можно с полной уверенностью утверждать, что тема проекта очень актуальной.

2. Проблема

Начиная с 50-х годов 20 столетия, отечественные и западные учённые разрабатывали программу «Создание лунной   базы»

       Проведя анализ существующих решений данной проблемы, можно с точной уверенностью сказать об их недостатке.

        Европейское космическое  агентство планирует  строить лунные дома из металлов, минералов и льда, которые находятся на поверхности Луны и в лунном грунте – реголите. К недостаткам можно отнести: трудность в добычи данных ресурсов, сложность в строительстве, затрата дополнительных  материалов.

      Профессор Кетрин Логан предлагает смешивать реголит с алюминиевой пудрой, нагревать до температуры +1500 градусов по Цельсия, в результате чего получились монолитные блоки, которые в большом размере могут потрескаться. К недостаткам моднго отнести: добавление инородных материалов и возможность нарушения целостности полученного материала.

      Компания «Роскосмос» и «РКК Энергия предлагают  использовать надувные конструкции, которые по их мнению способны выдержать удар метеорита и защитить от радиации.

3. Продуктовый результат

Ожидаемый результат:

- Подробный проект-описание решения в виде презентации и обоснование технического задания к нему;

Создание трёхмерной  модели лунной базы с демонстраций всех возможностей.

Кто может воспользоваться результатами проекта?

1.     Разработанные решения могут свободно распространяться.

2.     Будут активно использоваться в  Кванториуме по направлениям обучения  IT-квантум и Космоквантум. 

3.     Законченные решения будут представлены на конференциях/выставках/конкурсах (региональных, всероссийских и международных)

4. Образовательный результат

Какие образовательные результаты могут быть получены и на каком этапе? Выделите предметные (профессиональные) знания и умения, которые будут получены участниками. На развитие каких базовых способностей и компетенций будет направлена ваша педагогическая работа? Опишите, как будет организована итоговая рефлексия с участниками проектной команды. Как вы считаете, на каких этапах будет необходима промежуточная рефлексия?

Предполагаемые результаты обучающихся.

Soft Skills:

- умение находить, анализировать и использовать информацию, формулирование  проблемы, выдвижение гипотезы, постановка вопросов ( инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации), самостоятельное создание способов решения проблем творческого и поискового характера.

Hard Skills:

- умение создавать бета-модель с использованием трёхмерного моделирования для создание действующей модели.

- умение владения навыками видео монтажа и создания сложной анимации в трёхмерной программе.

Межпредметные связи

Технология

·     Разработка платформы лунной базы

·     Разработка и создание демонстрационной анимации

·     Создание 3D модели

Химия, биология и экология

· утилизация и переработка отходов жизнедеятельности

·     обеспечение жителей лунной базы воздухом, пищей и водой

Физика

· Электропитание.

· Освещенность.

· Преобразование величин.

Математика

 · Системы координат.

 · Объем геометрической фигуры.

· Отношения величин.

· Измерительные шкалы.

Информатика и программирование

· Разработка демонстрационный анимации в трёхмерной программе.

·     Решения для обеспечения возможности  контроля и управления основными  инженерными системами  как внутри  лунной базы (без  внешнего  канала связи в Интернет), так и с Земли (мобильные приложения, программы на ПК с подключением к Интернету)

Дорожная карта проекта

Тема	Кол-во часов/занятий	Краткое содержание	Компетенции	Действия обучающихся
Постановка проблемной ситуации и поиск путей решения	4/2	Представление проблемной ситуации в виде физикоинженерного ограничения (отклик на существующую потребность). Анализ проблемной ситуации, генерация и обсуждение методов ее решения и возможности достижения идеального конечного результата.	Способность постановки цели и формулирования гипотезы исследования, планирования работы, отбора и интерпретации необходимой информации, структурирования аргументации результатов исследования на основе собранных данных, презентации результатов Готовность и способность к самостоятельной информационно-познавательной деятельности, включая умение ориентироваться в различных источниках информации, критически оценивать и интерпретировать информацию, получаемую из различных источников	Изучить и выбрать необходимые программы. Составить список необходимого оборудования для реализации поставленной задачи
Мастерская 3D моделирования	6/3	Определить круг задач моделирования. Разбить процесс моделирования на этапы, обеспечить получение промежуточных результатов. Назначить руководителей проектных направлений. Определить исследуемое направление в проектировании , обеспечить сбор информации, тему предмета, его техническую характеристику	Навыки сотрудничества со сверстниками,  взрослыми в образовательной, общественно полезной, учебно-исследовательской, проектной и других видах деятельности Умение самостоятельно определять цели деятельности и составлять планы деятельности;	Исследование • (Провели опрос среди учеников нашей школы и проанализировали результаты опросов  • Изучили необходимые программы для создания и редактирования 3D моделей, установили их на персональные компьютеры • Разбили процесс моделирования на этапы: 1. Создание модели (123d catch) 2. Редактирование модели (mudbox/meshmixer) 3. Подготовка к печати (meshmixer) Провести опрос и наблюдение и проанализировать результаты. Разбить процесс моделирования на этапы: 1.                                         Создание модели (программа по выбору обучающихся) 2.    Редактирование модели (программа по выбору обучающихся) 3.    Подготовка к печати (программа по выбору обучающихся)
Подготовка стендового доклада	4/2	Презентация в любом удобном формате (PowerPoint,  и т.п.), в которой будут отражены результаты исследования, анкетирования и классификации. Создание реального прототипа экспоната.	Владение языковыми средствами – умение ясно, логично и точно излагать свою точку зрения, использовать адекватные языковые средства Способность постановки цели и формулирования гипотезы исследования, планирования работы, отбора и интерпретации необходимой информации, структурирования аргументации результатов исследования на основе собранных данных, презентации результатов.	Оформление презентации (в том числе добавление иллюстраций) согласно подготовленной речи. Репетиция выступления

5. Этапы работы

Этап 1  -  теоретическая и презентационная проработка вопроса.

-  Выявить герметичную оболочку, которая будет иметь большее количество достоинств, путем исследования и анализа аналогов.

- Рассмотреть способы обеспечения герметичности модуля и применить наиболее достойный вариант, ориентируясь на качество, характеристики и стоимость используемого материала.

-       Подробно изучить, из чего формируются сегодня требования к СЖО космических станций/кораблей. Определить основные направления возможного развития спектра сервисов, сокращения затрат, а также основные сферы, где подобные решения также будут востребованы.

-       Провести исследования и сформулировать основные виды потребностей и предложив перечень «удобных» решений.  Продумать различные варианты решений этих задач с учетом условий пребывания в космосе.

-       Составить подробный описательный документ - Технической проект реализуемого командой   решения.

-       Произвести расчеты стоимости  всех  формируемых сервисов. 

-       Подготовить презентацию на основе полученных результатов

Этап 2 – опытно-конструкторская проработка. 

-         Реализовать все проектные решения и выполнить опытно-конструкторские работы по выбранным для реализации инженерным решениям.

-         Отработать взаимодействие с научными разработчиками систем и алгоритмов  беспроводных (в т.ч.  Сенсорных) сетей с целью  формирования сравнительного анализа  использования проводных  и беспроводных  соединений.

-         Составить необходимые презентационные материалы.

Этап 3 – апробация, презентация. 

-         Провести апробацию полученных решений и собрать отзывы от пользователей (потенциальных  потребителей) в форме заполнения анкеты.

-         Составить презентацию готового решения.

Календарь работы над проектом

Событие	Дата, месяц	Место проведения
Ознакомительный вебинар по проекту для педагогов и участников конкурса	Сентябрь	Вебинар
Выездная экскурсия в КНАГТУ кафедра «Механика и анализ конструкций и процессов»	Октябрь	КНАГТУ
Ответы на первые вопросы. Обучение команд	Ноябрь-Январь	Вебинар, мастер-классы на базе Кванториума
Консультации педагогов	Ноябрь-январь,	Вебинар, мастер-классы на базе Кванториума
Промежуточный отчет по Этапу 1	Декабрь	Очно/ дистанционно
Промежуточный отчет по Этапу 2	Февраль	Очно/ дистанционно
Промежуточный отчет по Этапу 3	Март	Очно/ дистанционно
Отборочный тур	Апрель	Дистанционно
Конференция проектов	Май	Очно

6. Команда проекта

Целесообразно действовать единой командой,  но разбиться на подгруппы для реализации проекта целиком. Каждый человек в команде  выполняет свои задачи, взаимодействуя с другими членами команды, получая и отдавая им необходимые данные. 

Данный проект может быть реализован  командой 5-7  человек, решив  следующие вопросы:

-                   проработку  решений (вся команда)

-                   презентационная часть (специалист по  компьютерной графике и видеомонтажа)

-                   проектирование и формирование  инженерного  решения (3  разработчика: робототехника, инженерный  специалист )

-                   настройка сетевого  взаимодействия — специалист по  сетевому и системному администрированию.

Реализация проекта возможна как на своем, так и на предоставляемом Кванториумом оборудовании.

Будет осуществляться еженедельная дистанционная поддержка работы над проектом, консультации и устранение неполадок. В том числе будет организована встреча с преподавателями Технического университета по направлению Космические системы для формирования запроса и получения обратной связи на этапе апробации решений команд.

Формат работы: очный и/или дистанционный

7. Среда реализации проекта

Опишите требования к среде реализации проекта. Какое оборудование, внешние участники (эксперты и пр.), ресурсы понадобятся при реализации проекта? В каком формате (хакатон, смена, кружок и т. д.) и на какой площадке (или сетевой кооперации) может быть реализован данный проект? Какие дополнительные особенности среды (атмосферы, стиля работы и пр.) могут повлиять на ход работы над проектом?

Оборудование:

·работа  над  проектом  должна  производиться  в  хорошо  освещенном,  просторном, проветриваемом помещении;

·компьютер с монитором(ноутбук),  клавиатурой и мышкой, на который установлено следующие  программное  обеспечение:  операционная  система  Windows  (версия  не ниже  7),  пакет  офисных программ MS Office, программы для 3D моделирования, среда разработки Espruino IDE;

·компьютеры (ноутбуки) должны быть подключены к сети с доступом в Интернет;

·презентационное оборудование (проектор с экраном/телевизор с большим экраном) с возможностью подключения к компьютеру (ноутбуку) – 1 комплект;

·флипчарт с комплектом листов/маркерная доска, соответствующий набор письменных принадлежностей – 1 шт.;

·3D принтер

Критерии оценивания работ по проекту

1.      Командная работа

0 – в команде нет четкого распределения ролей и зон ответственности, большая часть работы сделана одним из членов команды или куратором;

1 – в команде распределены роли и зоны ответственности, однако есть отдельные участники команды, чьё присутствие в команде номинально – они переложили свои задачи на других участников;

2 – в команде распределены роли и зоны ответственности, работа над проектом проведена в соответствии с этим распределением, каждый из участников команды внес свой вклад в результаты работы над проектом.

2.  Умение видеть проблему, сформулировать цель и достичь результата, отвечающего цели

0 – не видит проблемы, цель сформулирована нечетко, результат неясен

1 – проблему видит частично; чтобы понять цель приходится задавать много вопросов; результат достигнут частично

2 – видит проблему, четко формулирует цель, результат соответствует заявленной цели

3.  Умение разделить цель на задачи для более эффективного поиска решения

0 – разделение на задачи отсутствует

1 – решение выделенных задач не в полной мере позволяет достичь цели проекта

2 – решение выделенных задач в полной мере позволяет достичь цели проекта

4. Выполнение этапа «Исследование» по теме кейса [оценивается в том случае, если этап «Исследование» необходимо для достижения цели проекта]

4.1. владение понятийным аппаратом

0 – совсем не владеет;

1 – частично может объяснить понятия;

2 – владеет достаточно для работы над проектом и достижения цели проекта

4.2. изучение истории вопроса и опыта решения данной проблемы со ссылками на источники

0 – не изучалось;

1 – изучалось, но не достаточно для достижения цели проекта;

2 – изучалось достаточно для достижения цели проекта

4.3. уместное использование теоретических знаний для достижения поставленной цели

0 – совсем не использует теоретические знания, хотя это нужно для достижения поставленной цели;

1 – использует частично;

2 – использует теоретические знания там, где это нужно для достижения цели проекта.

4.4. выбор методов исследования (например, интервью; анкетный опрос; проведение эксперимента и тд)

0 – методы выбраны не адекватно поставленной цели;

1 – методы выбраны адекватно поставленной цели, но не обоснованно;

2 – методы выбраны адекватно и обоснованно.

4.5. анализ результатов

0 – нет анализа результатов исследования;

1 – анализ результатов есть, но не связан с целью проекта;

2 – анализ результатов есть и связан с целью проекта.

5. Выполнение этапов «Проектирование» и «Прототипирование» по теме кейса

5.1. наличие нескольких альтернатив решения кейса

0 – нет;

1 – есть, но перечень далеко не исчерпывающий;

2 – приведен почти исчерпывающий или исчерпывающий перечень альтернатив решения кейса.

5.2. обоснованность критериев выбора решения

0 – отсутствует;

1 – критерии выбора приведены, нет обоснования, почему выбраны именно эти критерии, нет четкого соответствия с поставленной организацией-работодателем задачей;

2 – критерии выбора решения приведены и обоснованы, соответствуют задаче, поставленной организацией-работодателем.

5.3. практическая апробация возможных решений (например, проведение эксперимента, пробного действия и т.д.)

0 – способ выбора решения носит теоретический характер;

1 – в ходе выбора решения использовались пробно-поисковые действия (проведение эксперимента, пробного действия и т.д.), однако результаты этих действий не полностью учтены/ проанализированы при выборе решения;

2 – в ходе выбора решения использовались пробно-поисковые действия (проведение эксперимента, пробного действия и т.д.) и результаты этих действий полностью учтены/ проанализированы при выборе решения.

5.4. прототип предлагаемого решения

0 – отсутствует;

1 – есть, но не соответствует требованиям, указанным организацией-работодателем в кейсе, а также целям, поставленным командой;

2 – есть и соответствует требованиям, указанным организацией-работодателем в кейсе и целям, изначально поставленным командой.

5.5. значимость для практики, возможность реализации

0 – предлагаемое решение не может быть реализовано;

1 – предлагаемое решение может быть реализовано, однако неэффективно по сравнению с другими существующими решениями;

2 – предлагаемое решение может быть реализовано и эффективно по сравнению с другими существующими решениями.

6. Качество презентации

6.1. умение структурировать материал, логично и последовательно его излагать

0 – совсем не умеет;

1 – структура материала и логика подачи нуждается в доработке;

2 – ясная логика и структура подачи материала. 

6.2. умение объяснить и защитить свои идеи

0 – совсем не умеет;

1 – отдельные идеи объясняются хорошо;

2 – команда убедительно отстаивает свои идеи.

7. Оригинальность решения

0 – в проекте нет оригинальных идей и подходов

1 – есть отдельные оригинальные идеи

2 – в проекте наблюдается действительно творческий подход