案例02 登月火箭
简介
本课程旨在向学生介绍登月火箭的组成部分以及在近地轨道的运行相关的知识。学生将使用 micro:bit 太空科创套装学习如何编写程序来控制登月火箭的运行。
教学目标
- 了解登月火箭的结构和运行方式。
- 了解登月火箭发射的运动轨迹知识。
- 学习登月火箭的搭建方式和编程控制。
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 |
 | 行星超声波传感器 |
 | 行星双路巡线传感器 |
 | 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
你们是否思考过登月火箭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登月火箭以及通过图形化程序控制登月火箭的运行。
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
- 如何搭建登月火箭？
- 如果编写一个简单的程序，使登月火箭运行？
- 不同国家的登月火箭发射轨迹是如何调整的？
案例搭建
根据现有登月火箭形式和组成，请开放讨论并合理设计积木登月火箭。
示例
登月火箭示例
登月火箭变轨标记物示例
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/_e329vvKt0cub
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，共同完成登月火箭的制作和程序编写。
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登月火箭，并演示。
预期效果：开机后，登月火箭从地球发射，遇到障碍物停止（模拟登月火箭从地球起飞到入月轨道滑行点之间的运动）。
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。
引导学生思考登月火箭的优化和改进方向，比如还能制作哪些有趣的案例。
扩展知识
登月火箭及其相关系统的组成和运行是航天工程中的一个复杂领域，它涉及到火箭的设计、发射、近地轨道（LEO）的操作以及最终的月球着陆。以下是关于登月火箭组成、近地轨道运行以及登月背景的科普信息。
登月火箭的组成
登月火箭通常由多个部分组成，这些部分协同工作以实现从地球表面到月球表面的旅程。一个典型的登月火箭系统可能包括以下部分：
- 助推器（Boosters）：
- 这些是火箭的第一级，提供初始的推力，将火箭从地球表面加速到足够高的速度，以克服地球引力。
- 核心级（Core Stage）：
- 继承了助推器的推力，继续推动火箭直到达到足够的高度和速度，以进入地球轨道或地月转移轨道。
- 上级（Upper Stages）：
- 在核心级燃尽后接替工作，将有效载荷送入更精确的目标轨道，如地月转移轨道。
- 服务舱（Service Module）：
- 包含生命维持系统、推进系统和通信设备，支持航天员在太空中的生活，并控制飞船的轨道。
- 指挥舱（Command Module）：
- 或称返回舱，这是航天员在任务期间的主要居住区，也是返回地球时的返回舱。
- 登月舱（Lunar Lander）：
- 专门设计用于从轨道下降到月球表面，并能重新起飞回到轨道与服务舱或指挥舱对接。
近地轨道的运行
火箭升空后，首先需要达到近地轨道（LEO），这是一个环绕地球的低轨道，高度一般在几百公里到两千公里之间。在LEO，火箭的主要任务是：
- 使用上级或上面级进行轨道修正，以达到一个稳定的圆轨道。
- 如果是载人任务，航天员可能在此阶段进行一系列的检查和准备活动。
- 进行必要的科学实验或部署卫星（如果任务包括这些内容）。
登月背景
登月任务最著名的例子是美国的阿波罗计划，特别是阿波罗11号在1969年首次将人类送上月球。自那时以来，登月一直是各国航天探索的重要目标之一。近年来，随着商业航天公司的兴起和技术的进步，登月再次成为国际航天领域的热点话题，中国、美国、俄罗斯、欧洲航天局以及其他国家都提出了各自的登月计划或概念。
中国的登月计划包括使用重型运载火箭，如长征九号，以及新一代的载人飞船和登月舱，目标是在未来几年内实现航天员的月球着陆。这些任务不仅代表着技术上的挑战，也是人类探索宇宙、扩展人类活动范围和理解自然宇宙的象征。
登月火箭的每个组成部分都是精心设计的，以确保整个任务的安全和成功。从地球发射，经过近地轨道的运行，直到最终在月球表面着陆，每一个环节都需要精确计算和控制。