XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изготовление действующей модели ракеты из бумаги
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В этом году я начал заниматься по программе «Ракетного моделизма» при ДДЮТ Выборгского района г. Санкт-Петербурга. В октябре состоялось Открытое первенство по ракетному моделизму «Первая ракета – 2025», где я запустил свою ракету «Килька». Соревнование было приурочено к 68-й годовщине запуска Первого искусственного спутника Земли.
Актуальность.
До занятий в кружке я и представить себе не мог, что ракета из обычной бумаги может взлететь. Зрители соревнований, а также мои друзья, были такого же мнения. Я понял, что ракетный моделизм – это возможность изучать устройство и конструкцию ракет, получать знания в области аэродинамики и геометрии, изготовить модель и осуществить ее запуск.
Деятельность по ракетомоделированию очень интересна.
Надеюсь, что после ознакомления с моим проектом, многие захотят овладеть знаниями в этой области и заняться этим увлекательным занятием.
Цель работы: изготовить действующую модель ракеты из бумаги.
Задачи:
- изучить и проанализировать источники по теме проекта;
- провести опрос;
- подготовить детали ракеты по конструкторским чертежам;
- собрать модель ракеты, провести запуск модели;
- обработать результаты и подготовить презентацию по теме.
Объект: действующая модель ракеты из бумаги.
Предмет: изготовление действующей модели ракеты из бумаги.
Методы исследования:
- теоретический (сбор информации, анализ информации, выводы);
- практические (конструирование, изготовление, запуск ракеты).
Практическая значимость:
Материал по работе над проектом можно использовать на уроках окружающего мира, на классных часах и в беседах с одноклассниками.
1. Теоретическая часть
1.1. История создания ракет
Ракета – это устройство, двигающееся за счет того, что отбрасывается масса, то есть используется реактивное движение. Слово происходит от итальянского rocchetta – маленькое веретено.
Но кто же придумал первую ракету и когда она появилась?
Первые ракеты появились в Древнем Китае около 1000 лет назад. Именно тогда был открыт порох, который стали использовать для фейерверков и развлечений. Эти первые ракеты были небольшими и применялись для устрашения противника шумом и вспышками огня.
Древнегреческие инженеры и философы размышляли о движении тел и принципах реактивного движения, сами ракеты как оружие тогда не использовали. Но некоторые идеи древних греков повлияли позже на развитие науки и техники в целом. В 400-х годах до нашей эры Архит Тарентский создал свое уникальное для того времени изобретение – деревянного летающего голубя. Это деревянное сооружение поднималось вверх с помощью разновесов и приводилось в движение дуновением спрятанного клапана с воздухом. До сих пор ученым не удалось понять, как голубь приводился в движение, но сам факт существования подобного изобретения поражает.
Рис. 1. Архит Тарентский. Деревянный летающий голубь
Другие истоки современных ракет связывают с китайской династией Хань, царствующей в 200-е годы до нашей эры, Многие из изобретений того периода позволили разработать современные ракеты. Например, «огненные стрелы», которые применяли в военном деле китайцы, были похожи на современные снаряды. К стрелам прикреплялась трубка из уплотненной бумаги, открытая только с заднего конца и наполненная горючим составом. Заряд поджигался, и стрела запускалась. Единственное отличие от ракеты – запаса топлива у нее не было. [10]
Рис. 2. «Огненные стрелы» - первые китайские ракеты
Рис. 3. Конструкция «Огненных стрел»
Первые чертежи многоступенчатых ракет были замечены в трудах военного техника Конрада Хааса, который жил в XVI веке, и ученого Казимира Семеновича, жившего в XVII веке. Свою книгу «Великое мастерство артиллерии» Семенович опубликовал в 1650 году в Амстердаме, и более, чем на два столетия, она стала в Европе учебником по артиллерии. Но все эти наработки были для военной сферы применения, о космосе в те времена никто и не думал.
Рис. 4. Иллюстрация из труда Хааса
Рис. 5. Фрагмент из книги «Великое мастерство артиллерии» Казимира Семеновича
Настал XIX век, и мир переживал промышленную революцию. Ученые активно изучали феномен реактивной тяги. Русский инженер Александр Засядко стал разрабатывать теорию ракет, пытался рассчитать, сколько пороха необходимо, чтобы долететь до Луны. Русские офицеры Константин Константинов и Александр Засядко активно занимались разработкой артиллерийских ракет. Они создавали новые конструкции, экспериментировали с составом топлива и значительно улучшили точность стрельбы. Их работа стала основой для дальнейших исследований в области военной техники.
Рис. 6. Конструкция ракеты Александра Засядко
Первые шаги к современным ракетам были сделаны российским ученым Константином Циолковским в конце XIX века. Имя Константина Эдуардовича Циолковского известно каждому школьнику. Именно он разработал теорию ракетного двигателя и обосновал возможность космических путешествий с помощью ракет. Его труды заложили основы современной космонавтики, включая знаменитую формулу для расчета скорости полета ракеты.
Рис. 7. Формула для расчета скорости полета ракеты
В 1926 году американский ученый Роберт Годдард создал первую жидкостную ракету, которая использовала жидкие топлива для движения. Он также разработал первый ракетный двигатель, который мог развивать большую скорость и лететь на большие расстояния. [4 – 6]
В 1931 году в СССР была создана группа изучения реактивного движения. Это было первое научное объединение, занимающееся разработками ракетных двигателей и конструкций. Там работали талантливые ученые и конструкторы, среди которых особое место занимает Сергей Павлович Королев. Сергей Королев стал символом советского ракетостроения. Под его руководством были созданы мощные ракеты, способные выводить спутник и корабли в космос. Самый известный проект Королева - первый искусственный спутник Земли («Спутник-1»), который запустили, используя ракету Р-7. И, конечно же, полет Юрия Гагарина 22 апреля 1961 года. [9]
Рис. 8. Первый искусственный спутник Земли («Спутник-1»)
Рис. 9. Полет Юрия Гагарина 22 апреля 1961 года
Таким образом, ракетная техника прошла долгий путь от простых китайских пиротехнических игрушек до сложных межконтинентальных баллистических ракет и аппаратов, покоряющих космическое пространство. Сегодня ракеты используются в различных сферах, начиная от космических исследований и заканчивая военными операциями. [10, 7]
1.2. Ракетомоделирование
Ракетомоделирование – это изготовление рабочих моделей ракет, которые используют движущую силу небольших ракетных двигателей на твердом топливе и поднимаются на высоту более 100 метров. После окончания работы двигателя, модель спускается на землю с помощью разнообразных систем спасения (стримерная лента, парашют, ротошут, крыло). В процессе запуска моделей используют уменьшенные аналоги твердотопливных реактивных двигателей. Особенность ракетного двигателя в том, что он движется вперед, отталкиваясь не от воздуха, как это делают, к примеру, вертолет или самолет, а благодаря эффекту тяги ракетного двигателя. Этот эффект основан на третьем законе Ньютона, по которому тело движется вперед, отталкивая назад часть своей массы. [1 - 3, 5]
2. Практическая часть
2.1. Опрос
Я решил узнать, что думают люди, не занимающиеся ракетомоделированием, о запуске ракет из бумаги, а также об основных этапах покорения космоса. Опрошено 72 человека в возрасте от 7 до 86 лет.
По возрастным категориям: 7 – 16 лет – 58 %, 17 – 30 лет – 7 %, 31 – 45 лет – 19 %, 46 – 60 лет – 10 %, старше 60 лет – 6 %.
Рис. 10. Опросные листы
Вопрос 1: «Как ты думаешь, почему ракета взлетает?»
Преобладающие типы ответов:
Возраст 7 – 16 лет: У младших (7 – 9 лет): часто «огонь», «потому что горит», «не знаю». У 10 – 16 лет: начинают появляться термины «реактивная тяга», «сброс массы».
Возраст 17 – 30 лет: Научные или обобщённые: «физика», «реактивный двигатель», «форма и двигатель». Один ответ — философский: «талантливые люди делают невозможное возможным».
Возраст 31 – 45 лет: Преимущественно технические: «реактивная сила», «сила тяги», «двигатель». Есть шуточный ответ – «по волшебству».
Возраст 46 – 60 лет: Смешанные ответы: «реактивная сила», «двигатель», но также «пинок», «магия» (у двоих).
Старше 60 лет: Технически точные: «горячие газы», «реактивная струя», «сгорает топливо», «хотим узнать неизвестное».
Вывод: Научное понимание растёт с возрастом, но даже среди взрослых встречаются ненаучные или шуточные ответы. Дети 7 – 9 лет часто связывают полёт с огнём или «газом», не зная терминологии.
Наименьший % незнания — в группе 31 – 45 лет (14 %), наибольший — в группе 46 – 60 лет (почти 29%), при этом дети (7 – 16 лет) — на втором месте после возраста 46 – 60 лет, но это ожидаемо из-за возраста.
Вопрос 2: «Как ты думаешь, взлетит ли ракета из бумаги? Если да, то на какую высоту?»
Преобладающие типы ответов:
Возраст 7 – 16 лет: Примерно 33,3 % говорят: «Да», часто с завышенными оценками (до 1000 м!). Многие младшие дети: «Нет, потому что нет огня/газа/топлива». Некоторые — «не знаю».
Возраст 17 – 30 лет: Все 5: «Да», но с реалистичными оценками (1 – 30 м). Один уточняет: «если будет поток ветра».
Возраст 31 – 45 лет: 8 из 14 ответов «Да» (высота 1 – 200 м), 5 ответов «Нет» («сгорит», «нет тяги»), 1 ответ «Возможно».
Возраст 46 – 60 лет: 4 ответа «Да» (1 – 15 м), 3 ответа «Нет» («сгорит», «магия не работает»).
Старше 60 лет: все ответы «Да», «не высоко», «10 м», «1,5 м».
Вывод: Молодёжь и пожилые склонны верить, что бумажная ракета может взлететь (при определённых условиях). Дети — либо слишком оптимистичны, либо отрицают. Средний возраст чаще сомневается.
Дети (7 – 16 лет) — только 1/3 верят, что бумажная ракета взлетит. Взрослые (особенно 17+) — чаще верят в возможность взлёта, даже при условии (ветер, петарда и т.п.). Пожилые респонденты (60+) — все уверены, что взлетит.
Самый широкий разброс в ответах на вопрос «На какую высоту взлетит?»: у детей (7 – 16 лет) и пожилых (> 60 лет): от сантиметров до километров. Это связано с фантазией у детей. Наиболее реалистичные оценки — у взрослых 17 – 60 лет: 1 – 30 м.
Вопрос 3: «В какой стране появились первые ракеты? В каком веке?»
Преобладающие типы ответов:
Возраст 7 – 16 лет: Большинство ответов «Не знаю» (особенно 7–9 лет), некоторые: «Китай» (без века) или «Китай, 17 век» (неточно). Есть ответы: «Россия, 9 век», «СССР, 10 век».
Возраст 17 – 30 лет: 3 ответа из 5: «Китай», 1 ответ «20 век, страну не знаю» и 1 ответ «США, 20 век».
Возраст 31 – 45 лет: Разнообразные ответы: «СССР» (4 раза), «Франция», «Россия».1 ответ — «Китай, 13 век», несколько ответов — «не знаю».
Возраст 46 – 60 лет: 2 ответа: «СССР, 20 век», 1 ответ: «Европа, 20 век», 1 ответ: «Германия, 20 век», 1 ответ: «Россия, 19 век», 2 ответа: «Китай».
Старше 60 лет: 2 ответа: «Китай» (один — «12 век», другой — «до н. э.» — неточно, но близко), 1 ответ: «Циолковский, Россия, 19 век» (путает теорию и изобретение), 1 ответ: просто «Китай».
Вывод: Даже взрослые часто ошибаются, приписывая изобретение ракет СССР или России. Менее 10 человек из 72 дают исторически верный ответ. Знание слабое во всех группах, кроме отдельных респондентов. Только каждый пятый респондент (19,4 %) назвал правильную страну — Китай. Группа 31 – 45 лет — единственная, где никто не назвал Китай. Лучше всех знают пожилые респонденты (> 60 лет) — 50 % указали Китай.
Вопрос 4: «Кто первым полетел в космос?»
Преобладающие типы ответов:
Возраст 7 – 16 лет: Подавляющее большинство ответов: «Юрий Гагарин» (35 из 42), есть ответы: «Белка и Стрелка», «Кошка», «Животные», «Не знаю».
Возраст 17 – 30 лет: «Гагарин», «Лайка» или «собаки первые».
Возраст 31 – 45 лет: Большинство ответов: «Гагарин», некоторые ответили: «Белка и Стрелка» (часто вместе с Гагариным).
Возраст 46 – 60 лет: Все: либо «Гагарин», либо «Белка и Стрелка».
Старше 60 лет: 3 ответа: «Гагарин», 1 ответ: «Это все знают» (подразумевает Гагарина).
Вывод: Гагарин — доминирующий ответ во всех группах. Однако значительная часть (особенно взрослые) считает, что первым были собаки.
Анализируя результаты проведенного опроса, я понял, что далеко не все знакомы с вопросами по ракетостроению, а занятия ракетным моделизмом позволяют больше узнать из истории создания ракет, изучить устройство ракетной техники и изготовить модель, осуществив ее запуск. Знания по данному вопросу способствуют развитию творческих способностей человека.
2.2. Изготовление модели.
2.2.1. Модель одноступенчатой ракеты. Составные части.
Модель одноступенчатой ракеты состоит из конусной и цилиндрической частей обтекателя, корпуса модели ракеты, оперения стабилизаторов.
Оснащение модели ракеты: ракетный двигатель, парашют, пыж.
Стартовое и прочее оборудование:
1. Стартовая установка.
2. Пульт управления запуском.
3. Секундомер.
Рис. 11 Конструкторский чертеж
2.2.2. Выбор материалов и инструментов
Необходимые инструменты и материалы:
- бумага плотностью 120 г/м2, калька, клей «Момент 66», лак;
- чертежные, разметочные и измерительные инструменты: карандаши чертежные и цветные, линейка металлическая;
- монтажные инструменты: нож моделиста, ножницы.
2.2.3. Техника безопасности при изготовлении изделия
Поддерживать порядок на рабочем месте. Проверять, все ли материалы и инструменты лежат на месте. Изучить стенд «Правила безопасности труда».
Работа с ножницами
1. Не держать ножницы лезвием вверх.
2. Не работать ножницами с ослабленным креплением.
3. Во время работы удерживать бумагу рукой так, чтобы пальцы были в стороне от лезвия.
Работа с ножом моделиста
1. Хранить инструмент в закрытом виде.
2. Работать с режущим инструментом только над модельным столом.
3. Не подкладывать пальцы под режущую кромку. Резать только от себя.
Работа с клеем
1. Обращаться с клеем осторожно. Он ядовит.
2. При попадании клея в глаза надо немедленно промыть их большим количеством воды.
Работа с лаком
1. Работать в хорошо проветриваемом помещении, использовать вытяжную вентиляцию.
2. Держать в зоне доступа огнетушитель и ведро с песком.
2.2.4. Техника безопасности при запуске модели
1. Использовать только сертифицированные, не измененные двигатели.
2. Использовать электрическую систему запуска и зажигания.
3. В случае неудачного запуска (старта) не приближаться к модели раньше, чем через 1 мин.
4. Во время старта находиться на безопасном расстоянии. Для двигателей класса D – 4,5 м.
2.2.5. Этапы изготовления одноступенчатой модели ракеты
(практическая часть - поэтапно)
-
Разметка деталей модели ракеты на бумаге с помощью линейки и шаблонов.
-
Изготовление корпуса ракеты из бумаги, окрашивание модели ракеты и маркирование опознавательных знаков, нанесение слоёв клея и лака.
-
Изготовление стабилизаторов ракеты по чертежам (разметка).
-
Изготовление головного обтекателя для ракеты.
-
Сборка модели ракеты поэтапно.
-
Изготовление тормозной ленты, укладка в корпус ракеты.
-
Модель ракеты в полной сборке.
-
Установка двигателя на модель ракеты.
-
Установка модели ракеты на пусковую установку и подготовка её к запуску.
-
Запуск модели ракеты с пусковой установки.
Фотографии поэтапной сборки ракеты представлены в приложении 1.
Фотографии с запуска ракеты представлены в приложении 2.
Заключение
В подготовке научно-исследовательской работы мне помогли источники информации, которые указаны цифрами в скобках в Теоретической части работы.
На основании изученных источников я узнал историю создания ракет, структуру и типы ракет. Рассмотрел конструктивные элементы корпуса ракеты, методы их монтажа и соединения для достижения оптимальной аэродинамической формы и создал действующую модель ракеты с 6 стабилизаторами.
Макет ракеты взлетел на высоту примерно 50 м. Время работы двигателя 5 сек., потом сработал пыж и выпустил парашют. Общее время полета 9 сек.
Тему, на мой взгляд, я раскрыл. Цель работы достигнута. Задачи выполнены. Методы, указанные во Введении, использованы.
Занятие ракетным моделизмом углубляет интерес к ракетной технике, к истории полётов человека в космос, к изучению основ аэродинамики, к научно-техническим достижениям в этой области.
Это школа мастерства, дающая возможность уже со школьной скамьи приобщиться к творчеству, инженерному мышлению, учиться ставить перед собой задачи, преодолевать трудности, которых немало возникает не только при постройке моделей, но и в любой работе по техническому конструированию.
Список литературы и список интернет ресурсов
Литература
1. Горский В. А., Кротов И. В. Ракетное моделирование. – М.: ДОСААФ, 1973. –194 с.
2. Еськов В. Ф. Как построить модель ракеты. – М.: ДОСААФ, 1967. – 80 с.
3. Касперович А. Ю. Строим летающие модели ракет. Кладовая опыта. – СПб.: БХВ- Петербург, 2019. – 224 с.: ил.
4. Кротов И. В. Модели ракет. Технология и конструирование. – М.: Просвещение, 1979. – 192 с.
5. Рожков В. С. Спортивные модели ракет. М. ДОСААФ, 1987. – 158 с.
6. Эльштейн П. Конструктору моделей ракет. – М.: МИР, 1978. – 319 с.
7. Правила проведения соревнований моделей ракет в России. 2014. – 18 с.
Электронные ресурсы
8. Н. Шевцов, Путь в космос: кто и как придумал ракету / http://techinsider.ru /, обращение от 21.11.2025.
9. Наборы ракет для запуска (аннотация) / http://podarini.ru / , обращение от 21.11.2025.
10. «Наследие» Альманах, статья «История ракет: от династии Хань до ФАУ-2» / http://nasledie.digital/articles/istoriya-raket-ot-dinastii-han-do-fau-2//, обращение от 30.11.2025.
Приложение 1. Фотографии поэтапной сборки ракеты
В верхней части – головной обтекатель, в нижней – бронированный упор
Двигательный отсек
Корпус (верхняя часть)
Корпус
Ленточный парашют
Детали корпуса ракеты, покрытые лаком
Стабилизаторы ракеты. Сушка после покрытия лаком.
Изготовление тормозной ленты
Сборка ракеты
Модель ракеты, маркированная опознавательными знаками
Ракетный двигатель alfajet ½ а-2-3
Пульт управления запуском
Воспламенители
Приложение 2. Фотографии в день запуска ракеты
Стартовая установка
Три, два, один …ПУСК
Модель в полете
Сработал пыж, выпустил парашют
До и после запуска