Historie Rakettens historie Mål •
•
•
•
At synliggøre, hvordan rakettens udvikling i moderne tid har været med til at forme vores historie og det samfund, vi lever i. At eleverne får viden om, hvordan raketteknologien har udviklet sig gennem tiderne. At synliggøre, hvordan rakettens udvikling afspejler det teknologiske niveau på forskellige tidspunkter i historien. At give eleverne mulighed for i praksis at bygge og affyre en modelraket. Materialer Uddrag fra Fælles Mål for faget Historie Formålet med undervisningen er at udvikle elevernes kronologiske overblik, styrke deres viden om og forståelse af historiske sammenhænge og øve dem i at bruge denne forståelse i deres hverdags-‐ og samfundsliv. Ved at arbejde med udvikling og sammenhænge i det historiske forløb skal eleverne udbygge deres indsigt i menneskers liv og livsvilkår gennem tiderne. •
•
•
•
•
1 stk. Alpha III Bulk Pack med 12 stk. raketter 1 stk. A8-‐3 raketmotorer Bulk Pack 24 stk. 1 elektronisk tændingssystem 1 affyringsrampe Flipoverark, malertape, tuschpenne, lim og farver Tid Fire lektioner • Lektion 1 og 2: Udarbejdelse af historisk vægfrise å baggrund af hjemmeopgaver • Lektion 3 og 4: Raketbygning og affyring Copyright © WILDTOYS ApS 1 Historie Baggrund Periode 1: De tidligste raketter (før år 1232) Oprindelsen af moderne raketter kan spores tilbage til Grækenland og Kina. En af de første rapporter om raket flyvning handler om en fugl lavet af træ. Romeren Aulus Gellius fortæller historien om grækeren Archytas fra Tarent. Et område, der nu er en del af det sydlige Italien. Omkring 400 f.Kr. underholdt Archytas byens borgere ved at flyve med en træ-‐due. Fuglen fløj langs kabler og bevægede sig fremad ved at lukke damp ud (action-‐reaktion-‐princippet). Omkring tre hundrede år efter duen byggede en anden græker Hero fra Alexandria en tilsvarende raketlignende genstand kaldet en aeolipile, der også brugte damp som drivmiddel. Efter fastgørelse af en kugle på toppen af en kedel, blev der tændt ild under kedlen for at udvikle damp. Dampen passerede gennem rør til kuglen og videre ud gennem to L-‐formede rør på hver side af kuglen. Det er det, vi i dag kalder en Hero motor. De historiske optegnelser af forskellige kulturer viser, at raketlignende genstande optrådte fra tid til anden. Det er uklart, hvornår de første rigtige raketter blev udviklet. I virkeligheden kan de første rigtige raketter har været resultatet af uheld. I det første århundrede e.Kr. brugte kineserne ofte en simpel form for krudt til religiøse og andre festlige formål. De fyldte bambusrør med en krudtblanding og smed dem ind i et bål for at skabe eksplosioner. Nogle af rørene eksplodere ikke men fløj i stedet ud af ilden. De blev drevet frem at gnister og gasser fra den brændende krudtblanding. Kineserne begyndte at eksperimentere med krudt-‐fyldte rør. Disse blev til sidst bundet fast til pile, som så kunne affyres med bue. Senere fandt Kineserne ud af, at de krudtfyldte rør kunne flyve selv. De blev forløberen til moderne raketter. Periode 2: Fra senmiddelalder til Newton (år 1232 til 1686) I 1232 begyndte kineserne at bruge raketter i en krig mod mongolerne. i slaget ved Kai-‐Keng drev de mongolerne tilbage med en spærreild af flyvende ildpile. Ildpilene var en simpel form for raket med fast brændstof. Raketten var et rør, der var fastgjort på en pind. Røret var udhulet i den ene ende og fyldt med krudt. Den anden ende var åben. Når krudtet blev antændt frembragte det gas, ild og røg, der blev presset ud af den åbne ende. På den måde skabtes den fremdrift, der fik raketten til at flyve. Pinden, den var monteret på, sikrede at den var nogenlunde retningsstabil. Det er nok tvivlsomt, om disse ildpile gjorde stor fysisk skade på mongolerne. Men den psykologiske chokeffekt kan have været betydelig. Copyright © WILDTOYS ApS 2 Historie Efter slaget ved Kai-‐Keng lavede mongolerne deres egne raketter. Og det kan have været mongolerne, der var ansvarlige for at sprede raketter til Europa. Der er mange overleveringer, der beskriver raketeksperimenter fra det 13. til det 15. århundrede. I England arbejdede en munk ved navn Roger Bacon f.eks. på forbedrede former for krudt, som i høj grad øgede raketternes rækkevidde. I Frankrig opdagede Jean Froissart, at mere præcise flyvninger kunne opnås ved at sende raketter gennem rør. Froissarts idé var forløberen for den moderne bazooka. Indtil dette tidspunkt blev raketter brugt til fyrværkeri eller krig. En gammel kinesisk legende fortæller, at raketter også blev brugt til transport. I følge legenden skulle en mindre kendt kinesisk embedsmand ved navn Wan Hu og hans assistenter have lavet en raket-‐drevet flyvende stol ved at binde to store drager og 47 ildpile-‐raketter til en stol. Da flyvningen skulle finde sted, sad Wan Hu i stolen og signalerede til sine 47 assistenter, at de skulle antænde raketterne. Alle assistenterne -‐ hver med en fakkel -‐ styrtede frem for at tænde hver deres raket på samme tid. Der lød et højt brag og store bølgende skyer af røg fyldte luften. Da røgen havde lagt sig, kunne man ikke finde Wan Hu eller hans stol nogen steder. Ingen ved med sikkerhed, hvad der skete. Hvis dette virkelig fandt sted, har Wan Hu og hans stol sandsynligvis ikke overlevet eksplosionen. Periode 3: Grundlaget for moderne raketter (år 1687 til 1897) Grundlaget for moderne raketter blev etableret i slutningen af det 17. århundrede af den engelske videnskabsmand Sir Isaac Newton (1642-‐1727). Han opstillede tre videnskabelige love (Newtons love om bevægelse). Disse love forklarer, hvordan raketter opfører sig både i Jordens atmosfære og i det ydre rum. Newtons love begyndte snart at påvirke udviklingen af raketter. I 1720 byggede den hollandske professor William Gravesande propeldrevne modelbiler, der blev drevet frem af damp. Der blev gennemført raketeksperimenter i Rusland og Tyskland med raketter, der vejede over 45 kg. Nogle af disse raketter var så kraftige, at de frigjorte gasser fra dem efterlod dybe huller i jorden allerede, inden de lettede. Raketter oplevede et kort come back som våben i krig i slutningen af det 18. århundrede og begyndelsen af det 19. århundrede. Indiske raket-‐affyringer mod briterne i 1792 og 1799 var så vellykkede, at den engelske artilleri ekspert oberst William Congreve begyndte at designe raketter til det britiske militær. Congreve-‐raketterne var meget effektive i krig. Disse raketter blev affyret fra britiske skibe mod Fort McHenry i krigen i 1812. Copyright © WILDTOYS ApS 3 Historie Selv Congreve-‐raketterne var ikke særligt nøjagtige. Mange forskere rundt om i verden arbejdede på at forbedre nøjagtigheden. I England udviklede William Hale f.eks. en teknik kaldet "spin stabilization". Teknikken får raketten til at rotere som en riffelkugle under flyvningen. Mange raketter bruger stadig varianter af denne metode i dag. Periode 4: Første halvdel af den 20. århundrede (år 1898 til 1945) I 1898 forudsagde den russiske lærer Konstantin Tsiolkovsky (1857-‐1935), at rummet en dag ville blive udforsket ved hjælp af raketter. I 1903 foreslog Tsiolkovsky brugen af flydende brændstof for, at raketter kunne opnå en større rækkevidde . Han fastslog, at kun hastigheden hvormed gasserne undslap var det, der begrænsede en rakets rækkevidde. På grund af hans forskning og ideer betragtes Tsiolkovksy som faderen til moderne rumfart. I begyndelsen af det 20. århundrede udførte amerikaneren Robert H. Goddard (1882-‐1945) eksperimenter med raketter. Han var interesseret i, hvordan man kunne få raketter til at flyve højere. Han udgav i 1919 et skrift kaldet "Metode til at opnå store højder". Skriftet indeholdt flere konklusioner, der var vigtige for raketflyvning. En konklusion var, at en raket opererer med større effektivitet i et vakuum end i luft. Han sagde også, at raketter med flere trin var den bedste måde at opnå store højder og at hastigheden, der er nødvendig for at undslippe Jordens tyngdekraft, kan opnås på denne måde. Goddards første forsøg var med fast brændstof. Han begyndte at afprøve forskellige former for fast brændstof og måle udstødnings hastigheder i 1915. Mens han afprøvede raketter med fast brændstof, konkluderede han, at en raket kan fremdrives bedre med flydende brændstof. Indtil dette tidspunkt havde ingen haft succes med at bygge en raket med flydende brændstof. Det var meget vanskeligere at bygge raketter med flydende brændstof, fordi det bl.a. kræver brændstof, ilttanke, turbiner og forbrændingsmotorer. Den 16. marts 1926 gennemførte Goddard den første vellykkede flyvning med en raket med flydende brændstof. Den blev drevet af flydende ilt og benzin. Flyvningen varede kun i 2,5 sekunder og raketten fløj 12,5 meter op i luften og landede 56 meter væk. Ikke særligt imponerende. Men denne raket blev forløberen for en ny æra i raketflyvning. Robert Goddard eksperimenterede med flydende brændstof i mange år. Hans raketter voksede sig større og fløj højere. Han byggede et gyroskop system til at styre raketten og en lastsektion til videnskabelige instrumenter. Han lavede også faldskærmssystemer, der returnerede hans raketter og instrumenter sikkert tilbage til Jorden. Robert Goddard kaldes den moderne rakets fader. Copyright © WILDTOYS ApS 4 Historie Hermann Oberth (1894-‐1989) er en anden stor rumfarts-‐pionér. I 1923 udgav han bogen "The Rocket Into Planetary Space" om raketdrevne rejser til det ydre rum. Bogens teorier svarede til dem, der blev fremsat af Goddard. Den omfattede teorier om virkningerne af rumflyvning på den menneskelige krop. Oberth tog afsæt i gennemprøvede teorier om, at raketter kunne flyve hurtigere end sin udstødningsgas og kunne operere i et vakuum. Han havde også teorier om at sætte satellitter i rummet. Hans skrifter var vigtige, fordi de inspirerede til dannelsen af mange små raket-‐sammenslutninger rundt om i verden. I Tyskland dannede man sammenslutningen "Verein fur Raumschiffahrt", der senere førte til udviklingen af V-‐2 raketten. Tyskerne brugte V-‐2 raketter mod London under Anden Verdenskrig. V-‐2 var et resultat af et møde i 1937 mellem tyske ingeniører og videnskabsfolk -‐ herunder Oberth -‐ i Peenemünde på bredden af Østersøen. Under ledelse af Wernher von Braun byggede og opsendte videnskabsfolk og ingeniører den mest avancerede raket for sin tid. I forhold til dagens standarder var V-‐2 raketten (i Tyskland kaldet A-‐4) relativ lille. Den fløj på en blanding af flydende ilt og alkohol. V-‐2 var et effektivt våben, der kunne ødelægge hele bydele. Heldigvis for de allierede styrker og London kom raketten for sent i krigen til, at den kunne ændre krigens udfald. Mod krigens slutning havde tyske raket-‐forskere planer om avancerede missiler, der kunne flyve over Atlanterhavet og lande i USA. Da Tyskland faldt, fandt de allierede mange ubrugte V-‐2 raketter og komponenter. Mange tyske raket-‐
videnskabsfolk, herunder Wernher von Braun, kom senere til USA. Andre tyske raket-‐forskere tog til Sovjetunionen. De tyske videnskabsmænd var overraskede over alle de fremskridt, Robert Goddard havde lavet med raketter. Periode 5: Moderne raketter (1946 til nu) Efter Anden Verdenskrig så USA og Sovjetunionen raketternes potentiale som militære våben og igangsatte ambitiøse raketprogrammer. I USA arbejdede man videre på Goddards ideer. Man udviklede en række mellemdistanceraketter og langtrækkende interkontinentale ballistiske missiler. Disse missiler blev fundamentet for det amerikanske rumprogram. Missiler fra programmet (Redstone, Atlas og Titan) blev anvendt til at sende astronauter ud i rummet. Den 4. oktober 1957 overraskede Sovjetunionen verden ved at sætte den første sattelit i kredsløb om Jorden. Sattelitten "Sputnik I" blev det første vellykkede skridt i kapløbet om rummet mellem de to nationer. Den kredsede om jorden på 96 minutter 17 sekunder. Mindre end en måned efter Sputnik I, sendte Sovjetunionen Sputnik II i kredsløb med en hund ved navn Laika. Laikas rigtige navn var Kudryabka, hvilket betyder små krøller. Raketten var ikke designet til, at Laika skulle vende tilbage til jorden. Dokumenter efter Den Kolde Krig viste, at Laika døde, da kølesystemet ikke længere kunne holde temperaturen i hendes rumkapsel under 40 grader. Hun overlevede i rummet i syv dage. Copyright © WILDTOYS ApS 5 Historie Den 31. januar 1958 lancerede USA Explorer I. I oktober 1958 skabte USA National Aeronautics and Space Administration (NASA). NASA har (officielt) en fredelig udforskning af rummet til gavn for hele menneskeheden som erklæret mål. Raketter har sendt mange mennesker og maskiner ud i rummet. Astronauter har været i kredsløb om Jorden og er landet på Månen. Robot rumfartøjer har rejst til andre planeter som Mars. Rummet er åbnet for forskning og kommerciel udnyttelse. Satellitter har hjulpet forskerne med at lære mere om vores verden, forudsige vejret og binde hele verden sammen med kommunikation. Fordi der var stor efterspørgsel efter stadig større lastkapacitet, er en bred vifte af alsidige og kraftfulde raketter blevet udviklet. Den videnskabelige udforskning af rummet med robot rumfartøjer fortsætter i et hurtigt tempo . Aktiviteter Step 1: Lærerens forberedelse Step 2: Elevernes hjemmeopgave (inden første lektion) Step 3: Lektion 1 og 2: Udarbejdelse og analyse af vægfrise på baggrund af hjemmeopgaver Step 4: Lektion 3 og 4: Raketter i praksis -‐ byg og affyr en raket Copyright © WILDTOYS ApS 6 Historie Step 1
Lærerens/underviserens forberedelse
Følgende punkter er vigtige for lærerens forberedelse: a) Anskaf og afprøv de nødvendige raketter i god tid, før du skal bruge dem til undervisningen. Gerne 14 dage før. Det er vigtigt, at du selv har prøvet at samle og affyre den rakettype, du skal bruge senere i undervisningen. Det giver dig et præcist billede af den tid, der skal afsættes, opgavens kompleksitet og eventuelle opmærksomhedspunkter samt praktiske forhold, der skal være på plads, når raketten skal samles (f.eks. lim, saks og batterier) og affyres (f.eks. sikkerhedskrav og krav til affyringsstedet). b) Læs "Sikkerhedsprincipper for modelraketter": At bygge og affyre modelraketter er en sikker aktivitet, når blot sikkerhedsprincipperne følges. Det er vigtigt, at du læser principperne grundigt og planlægger din undervisning, så sikkerheden er i top. Bemærk f.eks. at modelraketter kun må affyres ved relativ svag vind. Det betyder, at du ikke altid kan planlægge præcist, hvornår du kan teste (under forberedelsen) og affyre (i forbindelse med undervisningen) raketter. Sørg for at have en plan B (en alternativ lektion) klar, hvis det skulle ske, at der er for meget vind den dag, du skal affyre raketter som en del af undervisningen. c) Forbered med afsæt i punkt a) og b) ovenfor de 4 lektioner. Brug eventuelt de følgende steps som inspiration til din forberedelse. Copyright © WILDTOYS ApS 7 Historie Step 2
Elevernes hjemmeopgave (inden første lektion)
Hver elev tager afsæt i en af de 5 ovennævnte tidsperioder og forbereder følgende opgaver (brug Internettet): a) Rakettens udvikling: Find de 5 vigtigste begivenheder i rakettens udvikling i den valgte periode. Find 5 billeder på Internettet, der illustrerer disse begivenheder. Print de 5 billeder ud og tag dem med til undervisningen. b) Verdenshistoriens udvikling: Find de 5 vigtigste begivenheder i verdenshistorien i den valgte periode. Find 5 billeder på Internettet, der illustrerer disse begivenheder. Print de 5 billeder ud og tag dem med til undervisningen. c) Rakettens udvikling som spejl på historien: Tag afsæt i din research til punkt a) og b) og skriv mindst en side om, hvad der kendetegner den historiske udvikling og rakettens udvikling i den valgte periode og, hvordan disse to ting eventuelt hænger sammen. Print din side ud og tag den med til undervisningen. Step 3
Lektion 1 og 2: Udarbejdelse og analyse af vægfrise på
baggrund af hjemmeopgaver
Lektion 1: Udarbejdelse af vægfrise Byg en Alpha III raket. Placer den på en affyringsrampe på en fremtrædende plads i dit klasseværelse. Forklar, at målene med de næste to lektioner er, at få et kronologisk overblik over rakettens udvikling. Del eleverne op i grupper, der arbejder med hver deres tidsperiode således, at f.eks. de elever, der har arbejdet med den første tidsperiode er i samme gruppe. Giv hver gruppe to flipoverark, saks, tuschpenne, limstift og farver. Opgaven for hver gruppe er: • at lave to collager/plakater (lavet på hver sit flipoverark, der er lagt på langs), hvor man bruger de medbragte billeder og forberedelsen fra hjemmeopgaven suppleret med farver, ord og tegninger. Tidsperioden noteres på toppen af hvert flipoverark. Copyright © WILDTOYS ApS 8 Historie •
•
•
den ene plakat/collage skal illustrere rakettens udvikling i den givne tidsperiode. den anden plakat/collage skal illustrere væsentlige begivenheder i verdenshistorien i den givne periode. de sidste 5 minutter af lektion 1 bruges til at lave en samlet vægfrise for alle 5 tidsperioder, som klæbes op (i kronologisk rækkefølge med verdenshistorien øverst) med malertape på en stor væg. Lektion 2: Fernisering og analyse af vægfrise Efter pausen fremlægger hver af de 5 grupper kort (5 minutter inkl. spørgsmål) deres bidrag til vægfrisen for resten af holdet, som kan stille spørgsmål. Dette kan med fordel gøres, mens alle står op ved vægfrisen. Efter fremlæggelsen går alle tilbage i de oprindelige grupper og arbejder 10 minutter med følgende spørgsmål: 1. Hvad er markant/springer i øjnene, når man ser på den samlede vægfrise? 2. Hvordan hænger rakettens udvikling sammen med den generelle udvikling i verdenshistorien? 3. Kan man tale om, at den teknologiske udvikling går hurtigere og hurtigere? Hvad er gruppens holdning til dette? Der laves en kort opsamling i plenum af hver gruppes konklusioner samt en generel afrunding. Copyright © WILDTOYS ApS 9 Historie Step 4
Lektion 2 og 3: Raketter i praksis - byg og affyr en raket
Byg raketter (60 minutter) Aktivitet a) For at demonstrere, hvordan raketter virker i praksis, skal de studerende bygge og affyre en modelraket. b) Del eleverne op i teams af 4-‐5 personer. Hvert team bygger en Alpha III raket med afsæt i de instruktioner (på engelsk) der medfølger samt din hjælp. Under Step 1 (Lærerens/underviserens forberedelse) fik du et overblik over alle de materialer, der skal være klar for, at raketten kan bygges (f.eks. lim, Stanley kniv, saks, engelsk ordbog og batterier) Affyr raketter (30 minutter) Forberedelse af affyringen 1) Forbered affyringsstedet før eleverne ankommer. Sæt din affyringsrampe og et kontrolbord op. Brug kridt eller mærkning for at markere en cirkel med en 20 meters sikkerhedszone omkring affyringsrampen, som alle (bortset fra den, der affyrer raketten) skal stå udenfor. Bemærk vindretningen og vindhastigheden. Hvis vinden er stærkere end 7,9 meter i sekundet (jævn vind), bør du udskyde din affyring. Det anbefales, at du peger affyringspinden lidt ind i vinden for at lette indsamlingen af affyrede raketter. På den måde lander de ikke helt så langt væk. 2) Brug andre voksne eller ældre elever som hjælpere. Gør (hvis det er muligt) en, der kender til raketter, til sikkerhedschef. Hun eller han inspicerer raketter inden affyring og sørger for, at motor og tændsats er korrekt monteret. Det kan være en god idé at få andre til at hjælpe dig med at styre begejstringen hos eleverne. 3) Sørg for at affyringsrækkefølgen er fastlagt på forhånd. Når man har med unge mennesker at gøre, ønsker alle at være først. Hvis du fastlægger rækkefølgen på forhånd, kommer du eventuelle problemer i forkøbet. Man kan bruge alfabetisk Copyright © WILDTOYS ApS 10 Historie rækkefølge, omvendt alfabetisk rækkefølge, alder, erfaring eller trække lod. Vælg metoden på forhånd og hold dig til den. 4) Sørg for at have ekstra batterier til dit elektroniske tændingssystem. Intet skuffer dine elever mere end, hvis motoren ikke kan starte. Ved affyring af en stor mængde af raketter, kan batterierne hurtigt blive flade. 5) Indstil affyringsrampen, så toppen af affyringspinden er over øjenhøjde. Behold sikkerhedskapslen på toppen af affyringspinden mellem affyringer. Selve affyringen 1. Gennemgå "Sikkerhedsprincipper for modelraketter" for alle. Bed alle om at underskrive principperne (i bunden af papiret) for at vise, at man vil overholde ALLE principperne. 2. Et par supplerende regler, som egner sig til affyringer for elever: a) Alle er fuldt opmærksomme hele tiden. b) Alle står udenfor sikkerhedszonen på 20 meter under affyringer bortset fra den, der affyrer raketten. c) For at undgå, at raketter bliver trådt på eller ødelagt, henter man sin egen raket. !"#$%!&'"()*
+!,)%+!-(
./012(
"!-1),3$+(
41-/)2)(
)*%'&%&'(
(
!""#$%&'(
Copyright © WILDTOYS ApS 11 Historie Klargøring af raketter 1. Som gruppe forbereder I sammen raketterne til affyring. Følg instruktionerne til raketten med hensyn til, landingssystemet (faldskærm eller streamer), indsætning af motor, tændsats og plasticprop. a) krøl et stykke brandsikkert vat sammen og skub det ind i toppen af raketrøret. b) Fold faldskærmen eller streameren sammen. Den skal passe løst i raketrøret, så den nemt kan skubbes ned i røret. Fold faldskærmen efter de instruktioner, der fremgår af skærmen. c) Skriv navn og telefonnummer på raketten med en tuschpen. 2. Alle går til affyringsstedet. Når alle har indtaget deres pladser, kan affyringen begynde! 3. Flere ideer som kan krydre din affyring. • Brug flag til at markere, hvor raketter lander og se, hvilken raket der lander tættest på et på forhånd afmærket målområde. • Brug en højdemåler (Altimeter -‐ kan købes hos WILDTOYS) og registrer den maksimale højde, som hver enkelt raket opnår. Copyright © WILDTOYS ApS 12