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案例01 火箭发射台

简介​

本课程旨在向学生介绍图形化编程和火箭发射台的知识。学生将使用 micro:bit 太空科创套装学习如何编写程序来控制发射台运行。

教学目标​

  • 了解火箭发射台的结构和运行方式。
  • 学习行星系列智能积木马达的编程控制。

教学准备​

在开始教学之前，请确保您已经准备好以下必要的材料：

micro:bit V2
哪吒多功能扩展盒V2
行星系列智能积木马达
积木包
USB 数据线
个人电脑（PC）

这些材料将为您提供一个完整的体验，确保您可以顺利地进行后续的操作和学习。如果您已准备好以上内容，我们可以继续进入下一步。

教学过程​

课程引入​

你们是否思考过火箭发射台的组成以及运作方式呢？在本节课中，我们将一起探索如何通过积木结构件搭建火箭发射台以及通过图形化程序控制火箭发射台的运行。

准备好使用 micro:bit 太空科创套装探索太空旅行的世界了吗？现在，让我们踏上这个有趣的学习旅程吧！

探究活动​

  • 如何搭建火箭发射台？
  • 如果编写一个简单的程序，使火箭发射台运行？
  • 除了现有的火箭发射方式外，还有其他火箭发射方式吗？

案例搭建​

根据现有火箭发射台形式和组成，请开放讨论并合理设计积木火箭发射台。

示例​

代码编程​

添加软件库​

进入“makecode.microbit.org”，点击新建项目。

在弹出窗口输入项目名称并点击创建。

点击代码抽屉中的扩展。

在弹出界面输入nezha2并点击搜索图标，在显示nezha2软件库后点击。同样的方式加载PlanetX软件库。

元器件连接​

请参考下面连线图，将元器件连接到对应的接口：

示例程序​

参考程序链接：https://makecode.microbit.org/_Tr5RoqfMtA1J

请根据课堂实际情况适当调整行星系列智能积木马达速度。

下载程序​

使用 USB 线连接 PC 和 micro:bit V2。

连接成功后，电脑上会识别出一个名为 MICROBIT 的盘符。

点击左下角的，选择Connect Device。

点击。

点击。

在弹出窗口选择 BBC micro:bit CMSIS-DAP，然后选择连接，至此，我们的 micro:bit 就已经连接成功。

点击下载程序

团队合作与展示​

学生分成小组，共同完成火箭发射台的制作和程序编写。

鼓励学生之间相互合作、交流和分享经验。

每个小组有机会向其他小组展示他们制作的火箭发射台，并演示。

预期效果：障碍物靠近行星超声波传感器时，火箭发射台悬臂打开，否则，火箭发射台悬臂合拢。

总结与反思​

回顾课程内容，提醒学生掌握了哪些知识和技能。

引导学生讨论他们在制作过程中遇到的问题和困难，以及如何解决这些问题。

引导学生思考火箭发射台的优化和改进方向，比如还能制作哪些有趣的案例。

扩展知识​

火箭发射台是火箭发射系统中一个至关重要的组成部分，它的设计和功能直接关系到火箭发射的安全性和成功率。下面将详细解释火箭发射台的结构组成、工作原理以及相关的背景知识。

结构组成​

火箭发射台通常包括以下主要组成部分：

  1. 基座：
    • 这是发射台的基础，通常是一个坚固的混凝土结构，能够承受火箭发射时产生的巨大推力和振动。
  2. 回转台：
    • 使火箭可以在水平面上旋转，以对准预定的发射方位角。
  3. 升降台：
    • 可以垂直移动，帮助火箭在发射前处于正确的高度位置，便于人员和设备接近火箭进行最后的检查和准备工作。
  4. 升降机构（方向机）：
    • 控制升降台的垂直运动，同时也可以控制回转台的方向，确保火箭准确指向目标。
  5. 燃气导流器：
    • 设计用于引导火箭发动机喷射出的高速燃气流，避免对发射台和其他地面设施造成损害，同时减少燃气对火箭本身的影响。
  6. 电气和通信系统：
    • 提供电力支持并确保发射台与控制中心之间的通信畅通无阻。
  7. 安全和应急系统：
    • 包括灭火系统、紧急疏散通道和潜在的爆炸防护措施。

工作原理​

火箭发射台的工作原理涉及以下几个关键步骤：

  1. 准备阶段：
    • 发射台被设置到适当的高度和方向，火箭被吊装到发射台上。
    • 所有的接口被检查和连接，包括燃料和氧化剂的供应管线、电力和数据线缆。
    • 发射前的最后检查包括天气条件、火箭状态和地面设施的运行状况。
  2. 加注阶段：
    • 根据火箭的设计，液态燃料和氧化剂会被泵送到火箭的燃料箱中。
    • 对于固体火箭，燃料在制造时就已经填充完毕，无需加注。
  3. 倒计时和点火：
    • 发射前的倒计时开始，所有的系统被激活，进入待命状态。
    • 在点火指令发出后，火箭发动机启动，产生推力。
  4. 发射：
    • 当推力足够克服火箭重量时，火箭开始上升，离开发射台。

背景知识​

火箭发射台的设计需要考虑到多种因素，包括但不限于：

  • 环境适应性：发射台必须能够抵抗恶劣天气，如强风、暴雨和雷电。
  • 安全性：设计中包含多重安全机制，以保护人员和设备免受意外伤害。
  • 可维护性：发射台需要易于维护，以保证每次发射前都能处于最佳状态。
  • 兼容性：某些发射台可以适应不同类型的火箭，这要求发射台具有一定的灵活性和调整能力。

火箭发射台是航天发射任务成功的关键要素之一，其设计和操作体现了航天工程学的高精度和复杂性。