V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Колонизация космоса: история и перспективы.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Актуальность выбранной темы.
Колонизация других планет. Зачем нам нужно вообще колонизировать планеты? На нашей земле не хватает ресурсов для производства элементов, необходимых для поддержания жизни. Это одна из важнейших причин, правда, наступят они в «недалеком» будущем. Но этот факт, что наступит, уже должен тревожить наших ученых, заставить задуматься, «А где же мы возьмем еще ресурсы?».
Цель проектной работы
Создание модели робота - Космического разведчика.
Задачи исследовательской работы
1) Изучить теоретические источники по данной теме.
2) Познакомиться с существующими проектами по колонизации Луны.
3) Создать модель робота-разведчика способного снимать и транслировать видео на основе конструктора lego mindstorms nxt 2.0, управляемый вручную с помощью смартфона.
Объект исследования: Программыкосмической колонизации.
Глава 1 Колонизация планет: история и перспективы. 1. Что такое и зачем нужна колонизация планет?
Колонизация космоса — гипотетическое создание автономных человеческих поселений вне Земли.
Колонизация космоса является одной из основных тем научной фантастики.
Энтузиасты колонизации считают, что на Луне и ближайших к Земле планетах достаточно ресурсов для создания такого поселения. Солнечная энергия там довольно легко доступна в достаточных количествах. Достижений современной науки в целом достаточно для постройки научно-исследовательских баз за пределами Земли, тогда как создание автономных поселений - на порядки более сложная задача, которая на настоящий момент не решена даже для континентальной Антарктиды на Земле.
2. Программы колонизации: прошлое и настоящее.
В ходе первой «лунной гонки» 1960-х годов (а также чуть ранее и позже) две космические сверхдержавы — США и СССР — имели планы сооружения лунных баз, которые не были реализованы. В США прорабатывались аванпроекты лунных военных баз Лунэкс (Lunex Project) и Горизонт (Project Horizon), а также имелись технические предложения по лунной базе Вернера фон Брауна. В первой половине 1970-х гг. под руководством академика В. П. Бармина московскими и ленинградскими учёными разрабатывался проект долговременной лунной базы, в котором, в частности, изучались возможности обваловки обитаемых сооружений направленным взрывом для защиты от космического излучения (изобретения А. И. Мелуа с использованием технологий Альфреда Нобеля). Более детально, включая макеты экспедиционных транспортных средств и обитаемых модулей, был разработан проект лунной базы СССР «Звезда», который должен был быть реализован в 1970-х—1980-х гг. как развитие советской лунной программы, свёрнутой после проигрыша СССР в «лунной гонке» с США.
Lunar Oasis
В октябре 1989 года на 40-м конгрессе Международной авиационной федерации сотрудники НАСА Майкл Дьюк (Michael Duke), глава подразделения исследований Солнечной системы Космического центра имени Линдона Джонсона в Хьюстоне, и Джон Ньехофф (John Niehoff) из Science Applications International Corporation (SAIC) представили проект лунно й станции Lunar Oasis. До сих пор этот проект считается весьма проработанным и интересным по ряду основных решений, одновременно оригинальных и реалистичных. Десятилетний проект Lunar Oasis предполагал три стадии, суммарно предусматривавшие 30 полётов, половина из которых пилотируемые (по 14 т груза); беспилотные старты оценивались по 20 т груза каждый. Авторы называют стоимость проекта равным четырём программам «Аполлон», а это примерно $550 млрд в ценах 2011 года. Учитывая, что время реализации программы предполагалось весьма значительным (10 лет), ежегодные расходы на неё составили бы около $50 млрд. Для сравнения можно указать на то, что в 2011 году затраты на содержание американских войск в Афганистане достигли $6,7 млрд в месяц, или $80 млрд в год.
3. Проекты будущего
Столетний космический корабль
«Столетний космический корабль» (англ. Hundred-Year Starship) — проект, общей целью которого является подготовка в течение века к экспедиции в одну из соседних планетарных систем. Одним из элементов подготовки является реализация проекта безвозвратного направления людей на Марс с целью колонизации планеты. Проект разрабатывает с 2010 года Исследовательский центр имени Эймса — одна из основных научных лабораторий НАСА. Основная идея проекта состоит в том, чтобы отправлять людей на Марс для того, чтобы они основали там колонию и продолжали жить в этой колонии, не возвращаясь на Землю. Отказ от возвращения приведёт к значительному сокращению стоимости полета, появится возможность взять больше груза и экипаж. Дальнейшие полёты будут доставлять новых колонистов и пополнять их запасы. Возможность обратного перелёта появится лишь тогда, когда колония своими силами сможет организовать на месте производство достаточного количества необходимых для этого предметов и материалов из местных ресурсов (прежде всего, речь идёт о топливе и запасах кислорода, воды и пищи).
Лунные базы в «Лунной гонке» XXI века
В начале XXI века США инициировали новую «лунную гонку», в которую, как в «лунную гонку за второе место», объявили о вступлении ещё несколько передовых космических держав. Все эти программы предусматривают создание на Луне баз.
НАСА разрабатывала космическую программу «Созвездие», в рамках которой должна разрабатываться новая космическая техника и создаваться необходимая инфраструктура для обеспечения полётов нового космического корабля к МКС, а также полётов на Луну, создания постоянной базы на Луне и в перспективе полётов на Марс. Задачу картографирования возможных будущих мест посадок и базы решала в том числе станция Lunar Prospector ранее. Пилотируемые полёты на Луну планировались с 2019—2020 гг. Однако, по решению президента США Барака Обамы от 1 февраля 2010 года, финансирование программы в 2011 году прекращено.
В феврале 2010 года НАСА представило новый проект: «аватары» на Луне, который может быть реализован уже через 1000 дней. Суть его заключается в организации экспедиции на Луну с участием роботов-аватаров (представляющих собой устройство телеприсутствия) вместо людей. В этом случае инженеры, занимающиеся организацией полета, избавляют себя от необходимости использования важных систем жизнеобеспечения и благодаря этому используется менее сложный и дорогой космический корабль. Для управления роботами-аватарами эксперты НАСА предлагают использовать высокотехнологичные костюмы дистанционного присутствия (наподобие костюма виртуальной реальности). Один и тот же костюм могут «надевать» несколько специалистов из разных областей науки поочередно. К примеру, в ходе изучения особенностей лунной поверхности, управлять «аватаром» может геолог, а затем в костюм телеприсутствия может облачиться физик.
Амбициозный план Европейского Космического Агентства «Аврора», предусматривает в конечном итоге после 2030 года экспедиции и базы на Луне. Первая европейская лунная станция Смарт-1 в течение года и семи месяцев занималась картографированием поверхности Луны, а также построением карт залегания различных минералов.
О своих планах освоения Луны не раз заявлял и Китай. 24 октября 2007 года с космодрома Сичан был успешно запущен первый китайский спутник Луны Чанъэ-1. В его задачи входило получение стереоснимков, с помощью которых впоследствии изготовят объёмную карту лунной поверхности. В будущем КНР рассчитывает основать на Луне обитаемую научную базу. Согласно китайской программе, освоение естественного спутника Земли намечено на 2040—2060 годы.
Японское агентство по космическим исследованиям планировало к 2030 году ввести в строй обитаемую станцию на Луне — на пять лет позже предполагавшихся ранее сроков. В 2007 году космической станцией «Кагуя» Япония начала орбитальные исследования Луны. В марте 2010 года Япония решила отказаться от пилотируемой лунной программы из-за её чрезмерной затратности в пользу роботизированных поселений.
Индия в 2008 году послала к Луне первую АМС «Чандраян-1» с целью трёхмерного топографирования и радиозондирования для составления карты химических элементов поверхности в поисках металлов, воды и гелия-3. Индийская организация космических исследований представила планы по скорой отправке лунохода и совместных или независимых пилотируемых полётов к Луне в отдалённом будущем (после 2025—2030 г.).
4. Современные российские проекты
В 2007 году Роскосмос объявил о плане, включающем в себя высадку человека на Луне к 2025 году и развёртывание там постоянной лунной базы несколько лет спустя.
В 2014 году стало известно о проекте концепции российской лунной программы, в которой предложены три этапа:
1 этап 2016—2025 годов. Предполагает отправку на Луну автоматических межпланетных станций «Луна-25», «Луна-26», «Луна-27» и «Луна-28». Они должны будут определить состав и физико-химические свойства лунного полярного реголита с водяным льдом и другими летучими соединениями. Кроме того, задачей аппаратов станет выбор наиболее перспективного района в области Южного полюса Луны для будущего развёртывания там полигона и лунной базы.
2 этап 2028—2030 годов. Включает пилотируемые экспедиции на орбиту Луны без высадки на её поверхность.
3 этап 2030—2040 годов. Включает высадку космонавтов в районе потенциального размещения лунного полигона и развёртывание первых элементов инфраструктуры из лунного вещества. В частности, предлагается начать строить элементы лунной астрономической обсерватории, а также объектов для мониторинга Земли.
К 2050 году планируется построить обитаемую базу и полигон по добыче полезных ископаемых.
В 2015 году появились сообщения о задержке этих планов на несколько лет от заявленного графика, в связи с уменьшением финансирования.
Глава 2 Создание робота – Космического разведчика.
Модули робота и их функциональное назначение.
Программирование модулей робота.
Проведение эксперимента.https://cloud.mail.ru/public/7Lcp/Ai6pr6pTo
Оценка результатов.
Со всеми поставленными задачами робот справился успешно.
Заключение
В результате данной работы я изучил теоретический материал по теме «Колонизация космоса».
Создал модель робота-разведчика способного снимать и транслировать видео на основе конструктора lego mindstorms nxt 2.0, управляемый вручную с помощью смартфона.
Реализовал трансляцию видеоизображения с камеры смартфона на компьютер.
Знания, полученные в ходе работы, можно использовать для занятий по робототехнике.
Список источников
https://ru.wikipedia.org/wiki/Lunex
http://t-human.com/wubba-lubba-dub-dub/lunar-oasis-proekt-lunnoj-bazy
https://ru.wikipedia.org/wiki/Звезда_(лунная_база)
https://ru.wikipedia.org/wiki/Horizon
https://ru.wikipedia.org/wiki/Столетний_космический_корабль
https://ru.wikipedia.org/wiki/Аврора_(программа)
https://ru.wikipedia.org/wiki/Lunar_Prospector
https://ru.wikipedia.org/wiki/Колонизация_Луны
https://ru.wikipedia.org/wiki/Луна-Ресурс-1