Space Adventure

Teknologisk testlaboratorium

Test af stjernekamerateknologi

1. Strålingsbestandighed2. Strømforsyning3. Varmeafledning4. Kursbestemmelse

Struktur• Fælles videointroduktion m. Peter Davidsen• Evt. opdeling i 2-4 grupper (afhængig af gruppestørrelse)• Videointroduktion på skærm ved hver teststation• Udførelse af forsøg/beregninger/overvejelser• Produkt: Designvalg

• Frit undersøgelsesdesign• Skal argumentere på baggrund af forsøg for designvalg

Strålingsbestandighed

• Mål– Der skal vælges det bedst egnede materiale til at

beskytte stjernekameraet mod strålingen i rummet– Skal gennemføre systematisk, undersøgende proces– Skal argumentere på baggrund af forsøgsresultater

for designvalg• Overvejelser om stoffers gennemtrængelighed for

radioaktiv stråling• Overvejelser om krav til rumteknologi, fx. vægt

Strålingsbestandighed

• Opgave– Undersøg forskellige materialers

gennemtrængelighed for forskellige former for radioaktiv stråling

– Vurdér hvilket materiale, der vil egne sig bedst til at beskytte stjernekameraet om bord på rumskibet

Strålingsbestandighed

• Motiverende spørgsmål– Jeres mobiltelefoner kan det samme og meget

mere end stjernekameraet. Hvorfor sender vi ikke blot en mobiltelefon med op?

Strålingsbestandighed

• Organisering– Øvelsen foregår i laboratoriet– Øvelsen præsenteres og igangsættes af Peter Davidsen

gennem videopræsentation– Øvelsen skal overværes af instruktør (evt. lærer), da der

arbejdes med radioaktive kilder– Varighed min. 20 min– Gruppestørrelse: 2-5 pers.– Forsøgsdesign og –resultater skal dokumenteres i logbog

Strålingsbestandighed

• Materialer– Geigertæller

• GM-tæller• GM-rør

– Forskellige materialer• Papir, aluminium, bly, titanium, folie

– Radioaktive kilder (α, β, γ)

Strålingsbestandighed

• Før-under-efter– Før• Arbejde med radioaktivitet

– Under• Praktisk forsøg om materialers gennemtrængelighed

– Efter• Diskussion af designvalg

Strømforsyning

• Mål– At beregne hvor stort et solpanel, der er

nødvendigt for at forsyne stjernekameraet med strøm

– Lære om energiomsætning– Gøre sig overvejelser om praktiske udfordringer

ved at ”arbejde” i rummet– Få fornemmelse af afstandene i Solsystemet

Strømforsyning

• Opgave– Hvor meget effekt producerer solpanelet i

forhold til den effekt, er er i Solens lys? (Beregn panelets nytevirkning)

– Har det nogen betydning, hvordan solpanelet vender?

– Hvor stort et solpanel skal der til for at forsyne stjernekameraet med strøm?

– Ændrer dette sig, hvis vi fx rejser ud til Jupiter?

Strømforsyning

• Motiverende spørgsmål– Hvordan får man strøm i rummet?• Batterier, solenergi, atomkraft...

– Argumenter for og imod:• Vægt• Afhængig af Solen• Forurening• Pålidelighed/holdbarhed

Strømforsyning

• Organisering– Øvelsen foregår på terrasse– Øvelsen præsenteres og igangsættes af Peter Davidsen

gennem videopræsentation– Varighed: min. 20 min– Gruppestørrelse: 2-5 pers.– Forsøgsdesign, målinger og beregninger skal

dokumenteres i logbog– Hvis overskyet:

• Find solindstrålingsdata på http://aom.giss.nasa.gov/srlocat.html• Beregn solpanelets effekt ud fra opgivet nyttevirkning

Strømforsyning

• Materialer– Solcellepanel med display (Dansk Solenergi)– Pyranometer– Evt. model af Solsystemet med koncentriske

kugler med Jordbanens og Jupiterbanens radius

Strømforsyning

• Eksempel– Solindstråling: 170 W/m2 – Solpanelets areal: 1 m2 – Solpanelets effekt: 24 W– Nyttevirkning:

%14%100m

W 170m 1W24

2

2

Strømforsyning

• Eksempel (fortsat)– I rummet er solindstråling (i Jordens afstand): 1367 W/m2

– Hvis solpanelet har nyttevirkning på 14% kan 1 m2 producere 0,14*1367W/m2 ≈ 191 W

– Stjernekameraet bruger 7 W

– Det kræver et solpanel med størrelsen: 7/191 m2 = 0,0366 m2 = 366 cm2

Strømforsyning

• Eksempel (fortsat)– Solen producerer en nogenlunde konstant effekt– I Jordens afstand er Solens effekt fordelt over en

kugle med Jordbanens radius. I Jupiters afstand er effekten tilsvarende fordelt over en kugle med Jupiterbanens afstand.

– Den samlede effekt der gennemstrømmer begge kugler er den samme, dvs:

– Med en nyttevirkning på 14% producerer solpanelet: 0,14*50 W/m2=7 W/m2

– I Jupiters afstand kræver stjernekameraet derfor et solpanel på 1 m2 =10000 cm2

• 10000/366 ≈ 27• Det kræver altså et solpanel der er 27 gange så

stort for at forsyne stjernekameraet med strøm i Jupiters afstand!

22

22

2

2

22

W/m50780150 W/m1367

44

Jupiter

Jupiter

Jorden

Jorden

Jupiter

JupiterJupiterJordenJorden

S

RR

SS

RSRS

Strømforsyning

• Før:– Solen som energikilde– Energiomsætning: lys, varme, strøm– Ellære: Strømstyrke, spænding, effekt

• Under:– Forsøg med og beregninger på baggrund af solpanel

• Efter:– ?

Varmeafledning

• Mål:– At komme med forslag til, hvordan elektronik kan

komme af med varme i rummet– At lære om energiomsætning– At undersøge varmeledning i luft med/uden

blæser, i vacuum, og med tilkoblet ”radiator”

Varmeafledning

• Opgave/motiverende spørgsmål– Hvordan slipper man (og specielt elektronikken)

af med varme i rummet?

Varmeafledning

• Organisering– Øvelsen foregår i laboratoriet– Øvelsen præsenteres og igangsættes af Peter Davidsen

gennem videopræsentation– Varighed: min. 20 min– Gruppestørrelse: 2-5 pers.– Forsøgsdesign, målinger og beregninger skal

dokumenteres i logbog

Varmeafledning

• Materialer– Vakuumklokke– Computer/bundkort/??• Varmeskabende elektronik

– Termometer– Loggerudstyr?

Varmeafledning

• Før– Energiomsætning– Varmeledning– Varmestråling

• Under– Forsøg med varmeledning i vacuum og luft

• Efter– ?

Kursbestemmelse

• Mål– Få kendskab til stjernehimlen– Få indblik i stjernekameraets funktion

Kursbestemmelse

• Opgave– Stjernekameraet har taget et billede af

stjernehimlen i rumskibets bevægelsesretning. Identificér stjernerne på billedet og bestem rumskibets kurs

– Kursen skal angives som et himmelkoordinat (rektascension og deklination) samt rumskibets hældning i forhold til ækvatorplanet

Kursbestemmelse

• Motiverende spørgsmål– Hvordan finder man vej i rummet?– Hvordan kender man forskel på op og ned i

rummet? Er der forskel?

Kursbestemmelse

• Organisering– Øvelsen kan foregå i atrium– Øvelsen præsenteres og igangsættes af Peter Davidsen

gennem videopræsentation– Varighed min. 20 min– Gruppestørrelse: 2-5 pers.– Overvejelser og resultat af kursbestemmelse skal

dokumenteres i logbog

Kursbestemmelse

• Materialer– Starlab– Computer med Stellarium– ”Stjernekatalog” med fx 10 af de mest kendte

stjernebilleder

Kursbestemmelse

http://wsn.spaceflight.esa.int/?pg=mm&id=19

Kursbestemmelse

• Før– Navigation– Stjernehimlen, stjernebilleder, himmelkoordinater– Stjernetyper/farver

• Under– Genkendelse af stjernebillede og kursbestemmelse i

Starlab og Stellarium• Efter– ?

Budget

Aktivitet Materialer Forhandler Pris (ex. Moms)

Stråling

Radioaktive kilder Frederiksen (510000) 6098

Geigertæller Frederiksen (513530) 2340

GM-rør Frederiksen (512515) (Katalog 512505) 1390

Strøm Solpanel med display Dansk Solenergi 5900

Pyranometer Frederiksen (489020) 1385

Varmeledning Pumpeklokke med Håndtag Frederiksen (178510) 990

Pumpetallerken med bøsninger Frederiksen (178000) 770

Vacuumslange Frederiksen (037540)

Vacuumpumpe Frederiksen (069525) 5650

24523