ГБОУ Школа № 000

Ул. Михалковская д14

Проектная работа по теме

«Мусор в космосе»



Выполнили

Научный руководитель

ученики 9 «Л» класса

Зотова Дарья

Митюшина Анастасия

Слепых Ксения

Иванова Ксения

ученик 10 «И» класса

Афанасьев Михаил


Москва 2017

Оглавление

1.        Введение        2

2.        Основная часть        3

2.1.        Космический мусор        3

2.2.        Первый искусственный спутник Земли        3

2.3.        Первый мусор в космосе        3

2.4.        Опасность космического мусора        3

2.5.        Влияние мусора на экологию Земли        4

2.6.        Падение космического мусора на Землю        4

2.7.        Методы уборки и уничтожения        4

2.8.        Историческое значение орбитального мусора        5

3.        Специальная часть        6

3.1.        Сборка собственной пушки Гаусса        6

3.2.        Испытание пушки        7

3.3.        Усовершенствованная модель пушки Гаусса        7

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

3.4.        Создание учебного фильма        8

4.        Заключение        9

4.1.        Использованные ресурсы        10

5.        Приложение А        11



Введение

Проблемы людей с мусором не заканчиваются на Земле — они следуют за нами в космос. Тысячи тонн брошенных спутников, отработанных ракетных частей и блуждающих фрагментов мусора теперь кружат вокруг нашей планеты на невероятных скоростях, и объем космического мусора растет с каждым годом.

Актуальность проблемы:

Космический мусор – это мусор, оставленный на орбите в результате деятельности человека. Может нанести ущерб функционирующим космическим аппаратам. Он представляет огромную опасность для дальнейшего освоения космоса и экологии Земли.

Поэтому мы предлагаем свою усовершенствованную модель пушки Гаусса для решения проблемы космического мусора.

Цели работы:

Сборка собственной действующей модели пушки Гаусса. Создание учебного фильма для показа на внеклассных мероприятиях.

Задачи:

Выяснить, что такое космический мусор и как он влияет на дальнейшее освоение человеком космоса и на экологию нашей планеты. Собрать и проанализировать информацию. Познакомиться с технологией сборки существующих моделей пушки Гаусса.

Этапы проекта:

Выяснить, что такое космический мусор и как он влияет на дальнейшее освоение человеком космоса и на экологию нашей планеты. Собрать и проанализировать информацию. Познакомиться с технологией сборки существующих моделей пушки Гаусса.
Основная часть Космический мусор

Под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям.

Первый искусственный спутник Земли

Проблема засорения околоземного космического пространства «космическим мусором» как чисто теоретическая возникла сразу после запусков первых искусственных спутников Земли в конце пятидесятых годов. 4 октября 1957 года советскими ученым был запущен на орбиту первый искусственный спутник Земли, назывался он «Спутник - 1», он просуществовал на орбите 94 дня, после чего его утилизировали (рис. 1).

Первый мусор в космосе

Первым космическим мусором считается американский спутник «Авангард - 1», запущенный в 1958 году. Американский спутник стал четвёртым по счету объектом, запущенным людьми. Он работал на солнечной энергии. «Авангард - 1» – это не только один из старейших аппаратов, но также первый космический мусор, который появился на орбите Земли. После того как он завершил миссию, его так и не утилизировали. На протяжении 60 лет он движется вокруг Земли и подаёт признаки жизни. Специалисты НАСА определили, что после того, как пройдёт ещё 240 лет, он войдёт в слои атмосферы и сгорит (рис. 2).

Опасность космического мусора

Среди проблем космического мусора можно выделить следующие:

Опасность столкновения космических кораблей с мусором. Ступени ракет, несгоревшие в атмосфере, могут упасть на жителей Земли. Некоторые спутники не доживают до конца срока эксплуатации. Из-за мусорной угрозы приходится несколько раз в год корректировать орбиту МКС.

Также ученые считают, что скопившийся мусор может однажды привести к войне на Земле. Обломки на орбите угрожают работе военных спутников, и доказать, что столкновение произошло случайно, будет довольно сложно. Эта проблема стала актуальной после того, как обломки китайского спутника в 2013 году столкнули с орбиты российский «Блиц», предназначенный для работы с международной системой лазерного зондирования.

Влияние мусора на экологию Земли

Среди процессов влияния космического мусора на экологию Земли можно выделить загрязнение атмосферы, почвы и водного покрова планеты остатками топлива ракет-носителей, а также загрязнение атмосферы частицами окиси алюминия микронных размеров.

Падение космического мусора на Землю

Некоторые фрагменты космического мусора, находящиеся на расстоянии до 600 км от Земной поверхности, постепенно замедляются и входят в атмосферу земли. Особо большие части их не сгорают и могут обрушиться на землю (рис. 3).

Методы уборки и уничтожения

В фильме «Гравитация» (2014 год) был использован вымышленный сценарий. Русские использовали ракету для уничтожения одного из своих спутников. В результате появилось массивное поле обломков, которое вращается вокруг Земли раз в 90 минут, а также вызывает цепную реакцию — синдром Кесслера — сталкивается с другими спутниками и наращивает массу. Такая космическая лавина. И, как показал фильм, лучше не стоять у нее на пути. На самом деле, такая ситуация уже происходила, только в значительно меньших масштабах. В 2007 году, в рамках демонстрации силы, китайские военные сбили одну из нерабочих метеорологических станций, случайно выбросив тысячи обломков мусора на орбиту. Шансы на то, что начнется синдром Кесслера, растут с каждым годом, по мере увеличения количества обломков на орбите. Эффективных практических мер по уничтожению космического мусора на орбитах более 600 км (где не сказывается очищающий эффект от торможения об атмосферу) на настоящем уровне технического развития человечества не существует. Сейчас идут разработки множества роботов для уборки космического мусора на околоземной орбите, среди них – ионная пушка, космический гарпун, солнечный парус и механическая рука для захвата мусора. Роботы могут замедлять фрагменты мусора и подталкивать их ближе к Земле, где они будут сгорать в атмосфере.

Историческое значение орбитального мусора

Историки науки указывают на то, что некоторые объекты на орбите, рассматриваемые как мусор, вероятно будут представлять интерес для космических археологов будущего и поэтому должны быть сохранены. В то же время, на космологических масштабах времени, большая часть этого мусора сравнительно быстро (за тысячи лет) покинет орбиту планеты.


Специальная часть

Специальная часть содержит сборку собственной пушки Гаусса и создание учебного фильма о космическом мусоре

Гаусс— немецкий математик, механик, физик, астроном и геодезист. Считается одним из величайших математиков всех времён, «королём математиков» (рис. 4).

Пушка Гаусса — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс.

Сборка собственной пушки Гаусса

Сборка собственной пушки Гаусса производилась следующим образом:

Конденсаторы и диоды покупали в радиомагазине. Катушку пришлось мотать самим. Кнопку, соединяющие провода взяты дома. Полностью, с нуля собрали пушку за 1 месяц (рис. 5). Изначально зарядка пушки планировалась от батареек, но потом решили, что проще и быстрее будет сделать с зарядкой от розетки.

Особенности сборки:

Необходимо подобрать нужную ёмкость конденсатора, индуктивность катушки и размеры снаряда, чтобы электромагнитное поле катушки перестало действовать ровно в тот момент, когда снаряд достигнет середины катушки. При сборке высоковольтного контура необходимо использовать провод сечением не менее миллиметра, для зарядного и управляющего контуров подойдут любые тонкие провода. Для сборки катушки индуктивности нужно взять кусок трубки диаметром где-то 30 мм и две большие шайбы (пластмассовые или картонные), собрать из них бобину с помощью винта и гайки. Наматывать на трубку эмалированный провод аккуратно, виток к витку. Всего нужно намотать хотя бы 3 слоя, но лучше - больше. Можно разобрать бобину, снять шайбы и надеть катушку на ствол. Один конец ствола следует заглушить. Готовую катушку легко проверить, подключив ее к 9 - вольтовой батарейке: если она удержит на весу канцелярскую скрепку, значит, катушка собрана правильно. Испытание пушки

Выстрел осуществляется следующим образом:

Заряжаем пушку от розетки, ток проходит через диодный мост, скапливается на конденсаторах. Всего на зарядку уходит около 15 сек. Для выстрела нажимаем на кнопку, которая замыкает главную цепь. Ток идет на катушку, превращая ее в магнит на доли секунды. Она притягивает снаряд, и отпускает, дальше снаряд летит по инерции. Происходит выстрел. Понятно, что все это происходит очень быстро.

Работая над созданием пушки Гаусса, мы также установили, что на эффективность выстрела влияют:

Масса пули; Начальное напряжение батареи конденсаторов; Сопротивление и индуктивность катушки; Материал пули. Усовершенствованная модель пушки Гаусса

В процессе выполнения работы была усовершенствована модель пушки Гаусса (рис. 6).

Отличие от предыдущей модели:

Зарядка от батареи. Многоступенчатая система. Микроконтроллер управляет катушками. Мощность конденсатора увеличена.

Преимущество в качестве оружия

Отсутствие гильз. Неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса; Возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса. Относительно малая отдача, равная импульсу вылетевшего снаряда. Нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей. Теоретически, большая надежность и, теоретически, износостойкость. Возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве. Создание учебного фильма

Для того, чтобы заинтересовать население в данной проблеме, мы создали собственный фильм об опасности космического мусора. Фильм снимали в домашних условиях, монтировали с помощью Sony Vegas pro 10.


Заключение

На сегодняшний день у пушки Гаусса нет перспектив в качестве оружия.

Она значительно уступает другим видам стрелкового оружия.

Перспективы возможны в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200 — 300К).

Установка, подобная пушке Гаусса, может использоваться в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости многие недостатки подобных установок уменьшаются.

Использованные ресурсы Сборник статей под ред. Виноградова. - М.: АН, 1956. - C.71-96. , Физика для средних специальных учебных заведений: Учебник. — 4-е. изд., испр. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984. — 512с Интересные факты о космическом мусоре [URL]: http://kartinkinaden. ru/nauka/kosmos/1100-interesnye-fakty-o-kosmicheskom-musore. html Как очистить планету от космического мусора? [URL]: https://hi-news. ru/space/kak-ochistit-orbitu-ot-kosmicheskogo-musora. html Космический мусор [URL]: https://ru. wikipedia. org/wiki/Космический_мусор Теоретические основы электротехники. / Под ред. доктора технических наук - М.: ГИФМЛ, 1963 Человеческий след в космосе [URL]: http://www. /ru7-chelovecheskij-sled-v-kosmose/ Электрические аппараты. Общий курс. - М.: Энергоатомиздат, 1988
Приложение А

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6