我们建议在 NASA 内部设立专门的海洋世界探索计划,为实施一项为期数十年、多项任务的计划所需的科学、工程、研究、开发和任务规划提供持续的资金支持,该计划旨在探索海洋世界的生命并了解其宜居条件。该计划中的两个新的关键旗舰任务将 1) 在 2023-2032 年间登陆木卫二或土卫二,以调查地球物理和地球化学环境并寻找生物特征;2) 在 2033-2042 年间进入行星海洋直接寻找生命。登陆任务的技术解决方案已经准备就绪,2018 年秋季对木卫二着陆器飞行前项目的成功 delta-Mission Concept Review 就是明证。继首次登陆任务之后,海洋进入任务将需要在本十年进行大量研究、开发和模拟测试,以便在下一个十年开始时启动飞行前项目。
主教学大纲 EPET 201/ME 201:太空探索 课程描述 EPET 201 是一门关于太阳系探索科学与工程的入门课程。它涵盖科学仪器、任务轨迹、任务规划以及航天器设计的科学和工程约束。课堂项目需要研究,重点是书面交流。该课程仅在春季开设。 学分数 EPET 201 是一门三学分的讲座课程。它与 ME 201 交叉列出。 与课程的关系 EPET 201/ME 201 是 EPET 证书课程和机械工程(ME)中航空航天工程专业的组成部分。 先决条件 无 课堂接触时间 根据 COVID 规定,该课程以异步在线方式授课。COVID 之后,该课程可能继续在线提供或恢复常规的 F2F TR 学期安排。F2F 课程计划在正常课堂时间之外进行几次四小时的实地考察。课程详情 EPET 201/ME 201,太空探索,是 EPET 证书的入门课程,面向对太阳系探索背后的历史和技术以及其他行星体上可用资源感兴趣的任何科学或工程专业学生。本课程将向学生介绍过去 60 年来被派去探索太阳系各个行星体的各种机器人航天器、探测器和着陆器。课程主题将包括用于收集各种数据的各种仪器、行星任务的飞行计划(飞越、轨道器或着陆器)、针对不同热和辐射环境对航天器设计施加的工程约束以及这些任务的科学发现。学生将探索太空探索的历史、太阳系中不同行星体的关键属性(例如行星环境、大气条件、行星材料以及地质活动的程度和类型)以及传感器设计和操作的基础知识。行星探索和任务的另一个重要方面是团队合作,学生必须学会合作和共同努力才能实现目标。在本课程中,学生将以小组形式工作,设计他们自己选择的行星的假设任务,并详细了解太阳系中的物体以及调查该物体所需的航天器性能。研究团队由三名学生组成。教师将从一组有限的(和规定的)主题中提供作业,研究团队将选择一个主题。研究主题扩展了课堂上的主要讲座主题并支持课程学习目标。
案例 26 电视天线 238 案例 27 科学家和负责任的公民 239 案例 28 女人在哪里? 240 案例 29 2010 年马孔多井喷和“深水地平线”的损失 243 案例 30 单位、通信和对细节的关注——火星气候探测器的损失 245 案例 31 昂贵的软件错误——火星极地着陆器的损失 246 案例 32 倒塌悬臂阳台中建筑检查员的责任 246 案例 33 计算机程序和道德责任——Therac-25 案例 247 案例 34 环形交叉路口 252 案例 35 界面 254 案例 36 线控驱动和意外加速 257 案例 37 自动驾驶模式和自动驾驶汽车的伦理 258 案例 38 大众汽车排放丑闻 260 案例 39 弗林特的水危机 261 案例 40 文物、工程与伦理 262
“电信:为什么我在电话里听起来不一样?” 适合 S1-S6 的 Keith Brown 博士 电信涵盖了广泛的活动,包括:无线电、电视、电话和数据通信。不同形式的通信技术以不同的方式改变正在通信的内容。通过演示,本演讲探讨了通信系统中的一些影响因素,以及根据所使用的通信系统,声音可能会有所不同。 “ 微型机器的奇妙世界 ” 适合 S1-S6 Marc Desmulliez 教授 / Jose Marques-Hueso 博士 从 1966 年拍摄的电影“神奇旅程”到视频游戏机和手机传感器的最新进展,微型机器让科学界和公众都为之着迷。本次演讲将介绍微型机器带来的挑战和机遇,从微电子到微型医疗设备。 “ 自然启发工程:旧教训,新起点 ” 适合 S1-S4 Marc Desmulliez 教授 / Elisa Ramil Brick 女士 / Marti Verdaguer 先生 在过去的 38 亿年里,大自然为动植物的生存和繁荣提供了解决方案。人类可以从大自然中获得启发,解决原材料稀缺、气候变化、水污染和可持续性等问题。本次演讲将通过示例解释为什么大自然如此巧妙地使事物更便宜、能耗更低、可持续。讲座还将介绍工程师如何将大自然的工程原理转化为造福人类的人造产品。 “未来的太空征服者将不是人类” 适合 S1-S4 Matt Dunnigan 博士 随着我们探索太阳系外围及更远的地方,当前和未来的太空探索将越来越依赖于机器人太空探测器和着陆器的使用。本次演讲将使用国际空间站、火星着陆器等例子来描述机器人在太空中的应用,以及计划使用机器人登陆彗星和探索木星和土星的冰冻世界。 “有用的机器人” 适合 S3-S6 Mauro Dragone 博士 / Suphi Erden 博士 / Scott MacLeod 先生 / Alexandre Colle 先生 正在开发机器人来帮助长期残疾和患有痴呆症等疾病的人,并协助我们医院的外科医生和医疗保健专业人员的工作。本次演讲将介绍所有这些应用如何利用机器人技术、人工智能和物联网领域的最新进展,以及它们如何在工程师与计算机科学家、健康专家、心理学家以及有辅助生活需求的人的共同努力下得以实现。
尽管 30 多年来,烟火装置一直是航空航天计划中许多关键机械功能成功的关键,但地面和飞行中的故障仍然时有发生。后续调查显示,几乎没有或根本没有关于 .测量对系统变量性能的影响或确定功能裕度的定量信息。以下三个示例放大了这些观点。1976 年,在 Vikinq 着陆器计划中,用于在火星表面成功部署天线的拔销器设计在 1986 年的第二次应用中失败,并被废弃。在经过 20 多年的飞行成功后,航天器分离接头在 1984 年的地面试验中失败;同样的接头,设计用于完全容纳爆炸物,但在 1994 年从航天飞机货舱释放有效载荷时爆裂。20 世纪 60 年代初为 Geminl 计划创建的“完全合格”阀门设计在 1994 年因结构故障而引发肼燃烧,这是之前未曾发现的故障模式。显然需要改进烟火设计、开发和鉴定指南。
•雄心勃勃的时间表:人类着陆系统计划的目的是在79个月内完成其开发(从项目开始启动),比NASA主要项目的平均值短13个月。人类太空飞行的复杂性表明,期望该计划完成开发的速度比NASA大型项目的平均水平快一年以上是不现实的,其中大多数不是人类的太空飞行项目。gao发现,如果开发的时间与NASA大项目的平均水平一样长,则Artemis III任务可能会发生在2027年初。•延迟关键事件:截至2023年9月,人类着陆系统计划将13个关键事件中的八项推迟至少6个月。其中两项活动已延迟到2025年,这是计划推出的那一年。延迟是部分是由轨道飞行测试引起的,轨道飞行测试旨在证明发射车和着陆器在飞行中的某些功能。该测试延迟到2023年4月7个月。随后,当车辆偏离预期轨迹并开始滚动时,它被尽早终止。随后的测试取决于成功完成第二轨道飞行测试。
铝 6061-RAM2 是一种为增材制造 (AM) 工艺开发的高强度铝原料。这种合金利用了反应增材制造 (RAM) 技术。RAM 铝合金被开发为可焊接(因此可打印),同时强度性能等于或超过高强度锻造铝合金。NASA 和行业合作伙伴开发了激光粉末定向能量沉积 (LP-DED) 增材制造 Al6061-RAM2,用于航空航天应用。工作包括建立构建参数、表征合金、制造组件以及完成复杂内部通道冷却喷嘴的热火测试。这些工作是为了满足对使用高性能轻质材料的大型部件日益增长的需求。两个火箭发动机喷嘴是使用包括整体冷却通道的 LP-DED Al6061-RAM2 制造的。Al6061-RAM2 已完成工艺开发并确定了初始性能。本文概述了 LP-DED 工艺开发、材料特性和性能、组件制造、补充开发和热火测试。本文提供了使用液氧 (LOX)/液氢 (LH2) 和液氧/甲烷 (LCH4) 的着陆器级 31 kN (7,000 lb f ) 推力发动机的热火测试结果。
随着长期月球探索和居住的追求越来越接近现实,人们正在广泛努力有效减轻月球表面尘埃的污染和渗透。这种尘埃对人类有害,往往会顽固地粘附在所有暴露的表面上,导致性能问题并最终导致失败。虽然已经开发了几种主动和被动技术来应对这一挑战,但评估这些技术在实际月球环境中的性能极其重要。风化层粘附特性 (RAC) 实验有效载荷为这种评估提供了重要机会。RAC 有效载荷由 Alpha Space 为美国国家航空航天局 (NASA) 设计,计划于 2023 年搭乘 Firefly Aerospace Blue Ghost 着陆器飞往月球。由于可用于此次任务的材料数量有限,因此做出明智的选择至关重要。NASA 兰利研究中心选择了两种聚合物、一种碳纤维增强复合材料和一种金属合金作为多样化的结构材料。每种材料都使用激光烧蚀图案进行地形修改。本文简要介绍了此次月球表面实验所选用的被动式除尘材料和表面的选择和测试程序以及获得的一些结果。
建议年级 4 年级 -12 年级 学科领域 地球科学、空间科学、语言艺术 时间线 45 分钟 标准 • 4-ESS1-1. 从岩层模式和岩层化石中识别证据,以支持对地貌随时间变化的解释。 • 4-ESS2-2. 分析和解释地图数据以描述地球特征的模式。 • MS-ESS1-3. 分析和解释数据以确定太阳系中物体的比例属性。 背景 人类想要了解我们的自然环境。熟悉我们的世界很重要。随着时间的推移,地图绘制技术不断发展。我们有键、比例、符号、经纬度坐标来精确定位地球上的确切位置,以及颜色/线条来显示海拔。凭借我们目前对地图技术的了解和阅读地球地图的能力,我们现在能够将其与火星联系起来。从纯粹的观察开始,然后轨道器收集火星图像。现在我们甚至在火星上有了探测器和着陆器。这种侦察与技术相结合,使我们能够突破探索的极限。地图是其中的重要组成部分。它们让我们熟悉陌生的事物,准确地侦察出潜在的着陆点,并让我们能够“先知后知”。
对于学习目标 A ,您可以通过了解学生对太阳系的了解程度来介绍主题。展开讨论,然后全面概述有关太阳系及其组成部分的最新知识。然后,您的学生可以分组进行研究,并提供有关太阳、地球和月球内部结构的详细信息,这将有助于突出这些物体中普遍存在的“活动”变化,并展示恒星、行星和卫星之间的差异。应强调太阳对太阳系中所有物体以及轨道周期极长的物体(例如彗星)的影响,以说明太阳引力场的范围和太阳系的极限。本单元中“其他太阳系”物体和特征的定义应解释为主要指除太阳、地球和月球之外的所有物体。这些信息量现在非常庞大,您可能希望只提供基本方面,并允许学生从提供的列表中开发一个特征的 PowerPoint,然后对其进行整理。重要的是,你的学生要正确处理数据,例如距离和直径,他们应该开始收集大量有关太阳系的信息以及我们用来获取这些信息的方法。然后,学生可以针对与特定行星或实况调查任务相关的着陆器或轨道航天器进行案例研究。