航天飞机教学课件

航天飞机教学课件第一章航天飞机简介与发展历程技术突破漫长历程探索精神航天飞机代表了世纪航天技术的重大从年代概念设计到年退役，2019702011突破，开创了可重复使用航天器的新时航天飞机项目跨越了多年的时间30代航天飞机是什么？航天飞机是一种可重复使用的航天器，巧妙结合了飞机和火箭的特点像火箭一样垂直发射•像飞机一样水平着陆•主要用于将宇航员和货物送入近地轨道•完成任务后可返回地球重复使用•它是人类首个实现往返太空的可重复使用航天飞行器航天飞机的诞生背景太空竞赛时代1年代末，阿波罗登月计划即将结束，美国航天局寻求新的1960发展方向2经济效益驱动年代，为降低航天成本启动航天飞机项目，目标是1970NASA创造太空卡车技术研发突破3年，美国总统尼克松正式批准航天飞机计划，并投入大量1972资源进行研发4设计目标确立设计团队确立核心目标多次发射、快速周转、载人和货物兼顾，实现太空活动常态化航天飞机的设计理念彻底改变了人类进入太空的方式，从一次性使用转向可持续利用重要里程碑01概念设计阶段年，评估多种方案，最终确定航天飞机基本设计1969-1972NASA02首次试飞成功年月日，哥伦比亚号（）成功发射并返回，证明了设计可行性1981412STS-103运营高峰期年代，航天飞机执行频繁任务，包括发射哈勃望远镜和建设国际空间站199004计划终止年月，亚特兰蒂斯号完成第次也是最后一次飞行任务，航天飞机项目正式结束20117135哥伦比亚号首次发射升空年月日，哥伦比亚号航天飞机在肯尼迪航天中心发射升空，标志着人类航天史上新篇章的开始这次飞行持续了小时，证明了航天飞机198141254的可行性我们有发射！发射控制中心宣布——NASA航天飞机家族成员哥伦比亚号挑战者号发现号亚特兰蒂斯号首架服役的航天飞机，年首第二架服役航天飞机，年在执行任务最多的航天飞机，共次执行了次飞行，包括多次与和平198119863933飞，年执行第次任务时解第次发射时爆炸，名宇航员牺飞行，包括哈勃望远镜发射号空间站对接，执行了最后一次航200328107体失事牲天飞机任务奋进号为替代挑战者号而建造，执行了25次任务，包括多次国际空间站建设任务第二章航天飞机的结构与技术航天飞机是工程学的奇迹，集成了数千种先进技术和材料，实现了可重复使用的太空往返能力本章将详细介绍航天飞机的核心结构组件、关键技术系统及其工作原理三大核心部分外部燃料箱（）ET橙色巨大油箱，提供主发动机所需的液氢液氧燃料轨道器（）Orbiter发射后脱离并燃烧•航天飞机的主体部分，包含驾驶舱、货舱和唯一不可重复使用的部分•主要设备，是唯一返回地球的部分容纳宇航员和有效载荷•固体火箭助推器（）SRB装有操控和生命支持系统•两侧白色助推器，提供的初始推力80%发射后约分钟分离•2落入海中回收再利用•这三大部分协同工作，使航天飞机能够克服地球引力进入太空，并安全返回地面轨道器细节主要规格长米，翼展米•

37.

223.8空重约吨•78最大载荷吨•25可搭载名宇航员•7关键系统机械臂用于部署和捕获卫星•货舱长米，直径米•

184.6生命支持系统维持舱内适宜环境•电力系统燃料电池提供电能•发动机与推进系统主发动机系统固体火箭助推器航天飞机配备三台高效液氢液氧主发两个巨大的助推器提供初始升空所需动机（）的强大推力SSME每台推力约兆牛顿，相当于每个长米，直径米，重约•

1.8•

453.7万匹马力吨180590燃烧温度达°，比熔融点火后无法关闭，燃烧约分钟•3300C•2钢铁还热回收后可重新装填燃料再次使用•能够精确控制推力输出，可重复•使用多达次55轨道机动系统用于在太空中调整轨道的辅助引擎使用四氧化二氮和一甲基肼推进剂•控制航天飞机在轨道上的姿态和位置•执行对接、分离等精细操作•热防护系统航天飞机重返大气层时表面温度可达°，必须有效防护才能安全1650C返回地球防护系统构成超过块特制耐热瓷砖•24,000根据受热程度使用不同材料•机翼前缘和鼻锥使用碳碳复合材料•-底部使用高密度硅瓷砖•侧面使用低密度硅瓷砖•低热区域使用柔性隔热毯•每次飞行后都需要仔细检查和必要更换，这是维护工作的重点瓷砖之间的缝隙必须精确控制，以适应热膨胀同时保持整体防护效果一块瓷砖的损坏可能导致灾难性后果，如哥伦比亚号事故航天飞机热防护瓷砖特写这些看似简单的瓷砖实际上是技术奇迹材料由纯二氧化硅纤维制成，由专门研发•NASA密度极低，是空气，类似于固态烟雾•90%导热性极差，一面可承受°高温，另一面仅有温度•1650C每块瓷砖都是独特的，有专门的编号和位置•宇航员们曾说这些瓷砖如此轻，感觉像拿着空气，但它们保护了我们免受太空中最极端环境的伤害航天飞机的飞行控制导航系统飞行控制界面采用冗余设计的惯性导航系统和相驾驶舱配备超过个开关和显示GPS1,000结合器五台通用目标计算机同时运行相同手动控制通过操纵杆和推力杆实现••程序三个多功能显示屏提供飞行数•CRT使用多重投票机制确保导航精度据•可实现自动和手动驾驶模式切换平视显示器辅助着陆操作••姿态控制系统使用个小型反作用喷射器控制姿态44可实现精确的三轴姿态控制•在空气稀薄的太空环境有效工作•重返大气层后转为气动控制•驾驶航天飞机需要宇航员经过数千小时的模拟训练，掌握从发射到着陆的每个阶段的操作流程第三章航天飞机的任务与成就航天飞机在其年服役期间执行了次飞行任务，将超过吨货物送入太空，301351700帮助建造国际空间站，发射和维修众多卫星，为人类太空探索做出了不可磨灭的贡献主要任务类型卫星发射与维修国际空间站建造科学实验与技术验证航天飞机共发射了约颗卫星，包括航天飞机对国际空间站的贡献航天飞机是独特的太空实验平台90哈勃太空望远镜运送超过的空间站组件搭载太空实验室进行微重力研究••80%•伽利略木星探测器执行次专门的空间站建设任务执行超过项科学实验••37•2,000钱德拉射线天文台运送宇航员和补给物资测试新型航天技术和材料•X••麦哲伦金星探测器利用机械臂协助安装大型模块开展地球观测和天文观测任务•••同时执行多次卫星维修和回收任务这些多样化的任务体现了航天飞机作为太空多功能平台的独特价值经典任务案例哈勃望远镜维修哈勃太空望远镜是航天飞机最著名的任务之一，体现了航天飞机维修能力的价值问题发现•1990年发射入轨后发现主镜存在球差缺陷•成像模糊，无法实现预期科学目标•被媒体称为太空中最昂贵的眼镜失误维修任务•1993年，奋进号航天飞机执行STS-61维修任务•5次太空行走，安装矫正光学装置•相当于为望远镜安装眼镜宇航员在太空中维修哈勃望远镜宇航员在失重环境中进行的精密维修工作被认为是人类太空活动中技术难度最高的任务之一每次太空行走持续小时，需要极高的技术和体力6-8这次维修任务就像在高速公路上给行驶的汽车换发动机，同时你的手还戴着棒球手套任务宇航员故事穆斯格雷夫——STS-61·国际空间站建设贡献1年1998奋进号运送首个美国模块团结号与俄罗斯曙光号对接，开始空间站建设2年2000-2001多次任务安装太阳能电池板和实验舱，支持空间站首批长期驻留宇航员3年2006-2008完成主要结构组件安装，包括多个科学实验舱和支持系统4年2010-2011最后几次航天飞机任务完成空间站核心建设，运送长期补给和备件没有航天飞机强大的货运能力和机械臂，国际空间站的建造将难以实现航天飞机共执行了次空间站建设和补给任务37航天飞机的结束与遗产终止的原因技术遗产安全问题两次致命事故引发关注推动了热防护材料、航电系统等技术发展••成本考量每次飞行成本约亿美元为新一代航天器设计提供经验•

4.5•技术老化系统设计已有多年历史培养了大量航天专业人才•40•政策调整美国航天政策转向深空探索建立了在轨维修服务和大型结构组装能力••最后一次飞行现状保存年月日，亚特兰蒂斯号完成任务返回地球，为航天飞机时代画上句号五架航天飞机现分别在不同博物馆展出，成为珍贵的航天历史文物2011721STS-135航天飞机事故反思挑战者号事故哥伦比亚号事故19862003原因固体火箭助推器型环在低温下失效O深层问题原因发射时外部燃料箱泡沫撞击左翼前缘工程师警告被管理层忽视•发射决策过程存在缺陷深层问题••对安全风险评估不足•对已知问题习以为常未充分评估损伤严重性•组织文化阻碍信息流通•这两次事故导致共名宇航员牺牲，促使彻底改革安全文化和决策流程，建立更严格的风险评估和管理系统14NASA航天飞机的未来影响推动商业航天发展促进国际合作影响新一代航天器设计航天飞机退役后，转向与私营企业合作航天飞机奠定了国际合作基础航天飞机经验应用于新系统NASA国际空间站合作模式继续发展更重视安全和可靠性••、波音等公司开发新一代载人航•SpaceX多国参与的深空探索计划采用模块化、可重用设计••天器航天技术和经验全球共享关注成本效益和可持续性••降低进入太空成本，扩大市场参与•推动航天产业商业化转型•航天飞机虽已退役，但其技术遗产和经验教训将持续影响人类航天活动的未来发展方向免费教学资源推荐官方资源学术机构资源在线学习平台NASA航天飞机档案包含详细任务记录、开放课程航天工程和系统设计课程资中国科学院太空探索办公室科普资料库NASA MIT技术文档和历史图片料参与项目为教师提供课程斯坦福大学航空航天系航天飞机技术分析航天科学视频教程（有NASA STEMKhan Academy计划和活动设计资料中文字幕）航天飞机互动模型模型和交互式展示中国航天科技博物馆提供中文航天知识课多所大学提供的航天工程课程3D Coursera件网址哔哩哔哩航天频道中文航天科普视频集合nasa.gov/shuttle这些资源大多提供免费下载和使用权限，可根据教学需求灵活选择和组合航天飞机教育资源网页NASA专门为教育工作者设计的资源网站提供NASA可下载的高清图片和视频素材•按年龄和教育阶段分类的课程计划•可打印的航天飞机结构图和活动•worksheet虚拟实验室和互动模拟程序•航天飞机历史时间线和重要事件•许多资源已有中文翻译版本，或可通过浏览器翻译功能辅助使用访问的NASA STEM活动网站可以找到更多适合中国学生的航天教育资源教学设计建议多媒体整合策略结合各类媒体增强学习体验使用提供的高清发射视频•NASA展示航天飞机工作原理动画•播放宇航员太空行走视频片段•展示互动式模型理解结构•3D互动教学方法增加学生参与度的活动设计问答环节测试理解•组织角色扮演模拟任务控制•开展如果你是宇航员思考实验•邀请学生解决航天工程问题•情感联系构建通过故事和人物增强情感投入分享宇航员个人经历和感受•讲述挑战者号和哥伦比亚号事故背后的人文故事•探讨航天飞机对科学发现的贡献•联系中国航天发展历程和未来•成功的航天教育不仅传授知识，还应激发好奇心和探索精神，培养学生对科学和工程的兴趣课堂活动示例模拟航天飞机发射流程航天飞机模型制作航天安全与技术讨论学生分组扮演不同角色任务指挥官组织小组讨论与辩论•飞行控制员•挑战者号事故本可避免吗？•宇航员•航天飞机与现代火箭技术对比•工程师•中国航天发展战略分析•按实际发射程序执行各步骤，了解团队协作重要性培养批判性思维和技术伦理意识提供材料让学生动手制作纸模型（初级）•塑料模型套件（中级）•打印组件（高级）•3D通过制作过程学习航天飞机各部分结构和功能关键知识点回顾1航天飞机的基本概念与特点可重复使用的航天器，结合了火箭发射和飞机着陆特性，在年间执行次任务1981-20111352核心结构与关键技术由轨道器、外部燃料箱和固体火箭助推器组成，配备高性能发动机和独特的热防护系统3主要任务成就发射和维修卫星（包括哈勃望远镜），建造国际空间站，开展大量科学实验和技术验证4安全事故与教训挑战者号和哥伦比亚号事故反映了技术风险和组织文化问题，促进了航天安全管理的革新5历史意义与技术遗产推动了航天技术发展，建立太空维修和组装能力，影响了后续商业航天和国际合作模式这些知识点构成了航天飞机教学的核心框架，教师可根据教学目标着重讲解相关内容未来航天展望新一代可重用火箭、蓝色起源等公司开发的可重复使用火箭系统正逐步取代传统一次性火箭SpaceX第一级能够安全返回并再次使用•大幅降低发射成本（最高降低）•90%中国长征系列火箭也在探索可重用技术•商业航天新时代航天活动日益商业化和多元化私营企业成为航天创新主力•太空旅游逐渐成为现实•在轨服务和太空制造兴起•载人火星探索多国规划的火星探索计划美国阿尔忒弥斯计划作为前导•开发长期太空生命支持系统•中国计划年代开展火星采样返回•2030航天飞机的经验教训将继续指导这些新项目的发展，特别是在安全性、可靠性和可重用性方面未来航天器概念未来的航天器将融合航天飞机的经验与新技术，创造更安全、更经济、更强大的太空运输系统它们将把人类带往月球、火星，甚至更远的目的地航天飞机时代已经结束，但它点燃的探索火焰将永远照亮人类通往星辰大海的道路结束语航天飞机是人类探索太空的重要里程碑，它不仅实现了技术突破，更象征着人类勇于挑战极限的精神虽然航天飞机已经退役，但它的遗产将永远启发后代，激励我们继续探索宇宙的奥秘希望本课件能激发学生对航天科技的兴趣，培养科学精神和创新思维，为未来中国航天事业培养新一代人才让我们继承这一伟大精神，勇敢探索宇宙的无限可能！。