NASA RealWorld-InWorld Engineering Design Challenge - NASA RealWorld-InWorld Engineering Design Challenge

NASA RealWorld-InWorld Engineering Design Challenge zachęca uczniów klas 7–12 do odkrywania i rozwijania umiejętności umożliwiających udaną karierę w naukach ścisłych, technologii, inżynierii i matematyce ( dziedziny STEM ) poprzez dwie fazy uczenia się opartego na projektach i rywalizacji zespołowej. Doświadczenie RealWorld-InWorld zapewnia zespołom studentów pracującym początkowo z nauczycielami / trenerami możliwość rozwiązywania problemów inżynieryjnych inspirowanych przez NASA, a następnie tworzenia rozwiązań ze studentami uniwersytetów i mentorami inżynierskimi w środowisku wirtualnej rzeczywistości. Zespoły rozważają rzeczywiste pytania dotyczące zarówno Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, jak i zręcznego humanoidalnego robota znanego jako Robonaut 2, a następnie pracują nad logistycznymi rozwiązaniami rzeczywistych problemów, które obecnie rozwiązują badacze i naukowcy. RealWorld-InWorld to wspólna inicjatywa edukacyjna National Aeronautics and Space Administration (NASA), National Institute of Aerospace (NIA), USA TODAY Education i LearniT-TeachiT.

RealWorld-InWorld NASA Engineering Design Challenge opiera się na udanym wyzwaniu projektowym SIGHT / INSIGHT opracowanym przez USA TODAY Education i NASA oraz na Virtual Exploration Sustainability Challenge (VESC) opracowanym przez NIA i NASA. Obie inicjatywy edukacyjne były oparte na tematach i treściach NASA dla uczniów klas 7-12. Pogłębiają wiedzę uczniów na temat karier STEM, zarządzania projektami i innowacji NASA.

Rozwiązywanie problemów

Uczniowie spróbują odpowiedzieć na jedno z dwóch pytań dotyczących Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba lub Robonauty 2.

  • Robonaut 2 ma niesamowitą parę ramion i zestaw nóg w fazie rozwoju, ale to, czego potrzebuje, to sposób na przyczepienie się do zewnętrznych ścian Międzynarodowej Stacji Kosmicznej na otwartej przestrzeni. Zaprojektuj stopę o zerowym obciążeniu dla Robonauta 2, która zapewni stabilność i wsparcie podczas spacerów kosmicznych.
  • Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba to duży kosmiczny teleskop na podczerwień zaprojektowany w celu zastąpienia Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Zaprojektuj dużą tarczę, która może utrzymywać JWST w niskiej temperaturze, jednocześnie umożliwiając wykrywanie światła podczerwonego ze słabych źródeł, takich jak odległe galaktyki i planety pozasłoneczne.

Sponsorzy i partnerzy

Robonauta 2

Historia i zastosowanie

Robonaut 2 to wysoce zręczny antropomorficzny humanoidalny robot zbudowany i zaprojektowany w NASA Johnson Space Center . Robonaut 2 znajduje zastosowanie w sytuacjach, w których czynniki ryzyka są zbyt wysokie, a tym samym zagrażają życiu człowieka. Rozwój Robonauta 2, aw przyszłości innych zręcznych robotów humanoidalnych, zwiększy nasze możliwości eksploracji i budowy w kosmosie, umożliwiając nam wysyłanie robotów o większej mobilności niż przystosowani astronauci, do wykonywania skomplikowanych misji lub zapuszczania się w środowiska inne niż bezpieczny dla ludzi. Robonaut 2 wyróżnia się tym, że jest pierwszym w swoim rodzaju (są cztery podobne roboty), który nie tylko leci w kosmos, ale także wykonuje zadania na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Robonaut 2, powszechnie określany jako R2, jest pierwszym amerykańskim robotem na pokładzie ISS. Wartość bycia „zręcznym humanoidalnym” robotem w przeciwieństwie do jakiegokolwiek innego projektu polega na tym, że R2 może używać tych samych narzędzi, których używamy i pracować obok nas w tych samych przestrzeniach. Jest to niezwykle wydajne, ponieważ nie będzie potrzeby tworzenia nowych narzędzi ułatwiających misje Robonauta 2. W zakresie rozwoju R2 NASA współpracuje z General Motors (GM) i Oceaneering Space Systems (OSS). Partnerstwa te pomogą w przyspieszeniu R2 jako nowej technologii i pomogą robotowi przekroczyć ludzką zręczność - do której jeszcze nie dorównał - a następnie zostaną wykorzystane zarówno w przemyśle lotniczym, jak i motoryzacyjnym.

R2 pod wieloma względami ulepsza swój poprzednik, R1. R2 porusza się cztery razy szybciej niż R1, jest bardziej zwarty i ma wyższy poziom zręczności oraz głębszy i szerszy zakres możliwości wykrywania. R2 zawiera wiele zaawansowanych technologii, w tym zoptymalizowaną, zachodzącą na siebie podwójną, zręczną przestrzeń roboczą, technologię elastycznych przegubów szeregowych, wydłużony ruch palca i kciuka, zminiaturyzowane 6-osiowe ogniwa obciążnikowe, nadmiarowe czujniki siły, ultraszybkie kontrolery przegubów, ekstremalny ruch szyi i kamerę o wysokiej rozdzielczości i systemy IR.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST)

Historia i zastosowanie

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba to następna generacja systemów obrazowania głębokiego kosmosu. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ma na celu lepsze zrozumienie pochodzenia Ziemi i życia we wszechświecie. Teleskop ten ma duże znaczenie dla przyszłych przełomów naukowych, a studenci projektu RealWorld-InWorld Engineering Design Challenge wykorzystują proces projektowania inżynieryjnego do rozwiązywania problemów związanych z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba.

James Webb

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, znany również jako JWST, został nazwany na cześć byłego administratora NASA Jamesa Webba. Webb prowadził agencję kosmiczną od lutego 1961 r. Do października 1968 r. Uważa się, że wniósł wielki wkład w naukę o kosmosie, co doprowadziło do powstania JWST, teleskopu kosmicznego nowej generacji, noszącego jego imię. Webb jest najczęściej powiązany z programem kosmicznym Apollo . Zaskakujące jest, biorąc pod uwagę jego ogromne osiągnięcia, że ​​Webb nieco niechętnie przyjął stanowisko administratora NASA. Nie był inżynierem ani naukowcem, ale zajmował inne godne uwagi stanowiska w rządzie i przemyśle lotniczym. Prezydent Kennedy uważał, że Webb jest najlepszym człowiekiem na to stanowisko i przekonał go, że stanowisko Administratora NASA jest w dużej mierze zorientowane na politykę.

Chociaż prezydent Kennedy zobowiązał się do wylądowania człowieka na Księżycu przed końcem stulecia, Webb uważał, że wyzwanie to jest ważne w wielu sektorach, takich jak edukacja i przemysł, a nie ściśle politycznym. Webbowi przypisuje się wielką produktywność naukową agencji kosmicznej w latach sześćdziesiątych. Wiele programów pozwoliło Amerykanom odkryć nowe informacje o kosmosie za pomocą sond wysłanych na Marsa i Wenus, podczas gdy inne przygotowywały Amerykanów do stawiania pierwszych kroków na Księżycu, z robotyczną eksploracją powierzchni. Zanim Webb przeszedł na emeryturę w 1968 roku, na krótko przed lądowaniem na Księżycu w 1969 roku, agencja rozpoczęła ponad 75 misji.

Webb wzmocnił rolę naukowców w procesie podejmowania decyzji przez agencję. Odegrał również aktywną rolę w tworzeniu połączenia między NASA a edukacją uniwersytecką w Ameryce. Webb stworzył program uniwersytecki NASA, który pomógł ustanowić granty kosmiczne, zapewnić stypendia dla absolwentów i zbudować laboratoria badawcze na uniwersytetach. To powiązanie między NASA a edukacją trwa do dziś i zostało potwierdzone w konkursie RealWorld-InWorld Engineering Design Challenge. Wyzwanie to koncentruje się na teleskopie noszącym imię Jamesa Webba, człowieka, który wprowadził Amerykę w udaną erę eksploracji kosmosu, która zapewniła wiele zrozumienia i przełomu naukowego.

Teleskop

Wystrzelenie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba zaplanowano na 2018 r. Ze swojej orbity około 1 miliona mil od powierzchni Ziemi JWST wykorzysta technologię podczerwieni do zajrzenia w kosmos, pomagając naukowcom w obserwacji pochodzenia wszechświata. JWST będzie obserwować historię wszechświata od momentów następujących po Wielkim Wybuchu, poprzez formowanie się układów słonecznych, w tym naszego. Będzie badać pochodzenie środowisk podtrzymujących życie i proces formowania się planet.

JWST jest wspólnym przedsięwzięciem NASA , Europejskiej Agencji Kosmicznej i Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej . Projekt jest obecnie zarządzany przez NASA Goddard Space Center . Firmą wykonawczą zaangażowaną w rozwój jest Northrup Grumman . Po wystrzeleniu teleskop będzie obsługiwany przez Space Telescope Science Institute . Projekt był wcześniej znany jako „ Teleskop Kosmiczny Nowej Generacji ”, ale w 2002 roku zmieniono jego nazwę na imię Jamesa Webba.

Cele JWST są podzielone na cztery tematy naukowe:

  1. Koniec ciemnych wieków: pierwsze światło i reionizacja
  2. Zgromadzenie galaktyk
  3. Narodziny gwiazd i układów protoplanetarnych
  4. Systemy planetarne i pochodzenie życia

JWST jest podobny do swojego poprzednika, Kosmicznego Teleskopu Hubble'a , pod pewnymi względami, ale pod wieloma względami jest inny, co pozwala naukowcom uzyskać nowe perspektywy i zrozumienie wszechświata. JWST „ogląda” wszechświat w podczerwieni, podczas gdy Hubble ogląda wszechświat optycznie i ultrafioletowo. Ta kombinacja punktów widzenia pozwala naukowcom stworzyć pełniejszy obraz wszechświata. Lustro na JWST jest również znacznie większe niż lustro na Kosmicznym Teleskopie Hubble'a, dzięki czemu może zebrać jeszcze więcej światła i zajrzeć jeszcze dalej w czasie. Ponieważ światło porusza się z dużą prędkością, im dalej odeszło, tym większa ilość czasu minęła od jego powstania. JWST będzie również orbitował znacznie dalej od Ziemi niż Hubble. Hubble znajduje się bardzo blisko Ziemi, podczas gdy JWST będzie przebywać znacznie dalej niż nawet księżyc.

Pierwsze kroki 2011

Faza 1: RealWorld

WHO

Nauczyciele / trenerzy i uczniowie szkół średnich

Co

Współpracuj jako inżynierowie i naukowcy, aby badać i projektować rozwiązania jednego z dwóch rzeczywistych problemów związanych z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba lub Robonautą 2 . Rozwiązania RealWorld są tworzone w bezpośrednim środowisku małych zespołów uczniów szkół średnich i trenerów / nauczycieli. Nadesłane ostateczne rozwiązania projektowe zostaną zaprezentowane na stronie RealWorld-InWorld, a zespoły zostaną docenione za swoją pracę. Tylko zespoły, które przedstawią swoje ostateczne rozwiązania projektowe RealWorld do 27 stycznia 2012 r., Mogą przejść do fazy InWorld.

Faza 2: InWorld

WHO

Uczniowie biorący udział w projekcie wybierają zespoły złożone z 3-5 uczniów w wieku licealnym oraz ich nauczyciela / trenera. Każdy zespół wybiera uczestniczącego mentora inżynierskiego. Wielu uczestników jest także uczestnikami programu INSPIRE NASA.

Co

Pracuj w wirtualnym środowisku 3D, korzystając z narzędzi XXI wieku, aby udoskonalać projekty i tworzyć modele 3D teleskopów Webb i Robonaut 2. Inżynierowie z obu różnych projektów będą odwiedzać i „rozmawiać” z InWorld podczas wyzwania. W przeciwieństwie do RealWorld, InWorld Challenge znajduje się w wirtualnym środowisku hostowanym w wirtualnym świecie NIA Universe. Zespoły tworzą i budują rozwiązania proponowanych problemów w tym wirtualnym środowisku.

Bibliografia

Linki zewnętrzne