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[专题]航天服探秘与设计

文_唐瑞鹤1 吕恺悦1 郭晓丽2 李昕旸3 郝薇薇3 刘 森4 蒋 演5 唐珑畅5 魏 锐5(1. 北京市建华实验亦庄学校;2. 北京市海淀区教师进修学校;3. 北京市海淀区玉泉小学;4. 中国农业大学附属中学;5. 北京师范大学)

2024-01/总第334期

阅读数8

航天服是一种保障航天员生命安全的必备系统,要求其既能保护航天员免受极端温度、辐射、微流星体等恶劣太空环境的侵害,又能提供良好生存环境;且在太空作业时,需具备通信及手动操作等方面的支持能力[1]。随着人类对太空的不断探索,以及航天任务的多样化,各国设计了可满足不同功能需求的航天服,如舱内航天服、舱外航天服、太空舱内/舱外兼用航天服等,其中舱外航天服作为出舱活动必备的个人防护装备,更是成为评价载人航天技术先进性的重要标志之一[2]

本项目选择以“航天服探秘与设计”为契机,让学生针对太空环境需求,自主设计满足太空生存与活动需要的创意航天服。在本项目中,学生需要经历舱外航天服功能需求分析、明确客观限制条件、聚焦设计问题、方案设计或局部功能的原型论证等过程,并以手抄报或实验论证方式呈现项目作品。学生在探索设计舱外航天服的过程中,激发对载人航天的兴趣,并逐步形成可迁移的设计思路和方法,培养设计思维和类比思维。


项目简介

航天员在太空活动时,为什么必须要穿航天服?1套航天服价值3 000万元人民币,为何造价这么贵?航天服要达到怎样的功能,都有哪些部分组成?为何说这些部分都是不可或缺的呢?

本项目以上述一系列问题激发学生兴趣和探索意愿,借机提出驱动性问题“如何设计一款实用而有创意的航天服”。那么,该如何解决这一问题呢?

首先,学生需要对需求进行界定,比如太空环境是什么样的,对航天服设计有何影响,航天服需要满足怎样的功能,在设计时有何客观限制条件等。

其次,学生需要明确项目的具体程序,规划项目进程,针对航天服的某一具体功能需求,进行创意结构构思,聚焦设计,提出解决方案。

最后,学生绘制航天服设计方案手抄报,或用实验论证进行某局部功能的原型实现,并进行班级内推广展示、比对优化和产品迭代,进而在校内展示优秀作品。

本项目驱动性问题明确,解决路径清晰,即需要基于太空环境明确航天服功能需求,设计航天服结构。在问题驱动下,学生需要充分认识结构与功能的关系,进行方案设计或原型呈现。项目内容开放,成果形式多样,且紧紧围绕航天服所要面临的太空环境需要和要实现的功能需求展开,凸显了“实现目标、产品设计类”科技创新项目式学习特点。


项目规划

参照“如何设计项目的展开思路”[3],本项目解决流程如图1所示。

第1步,同理心思考 将学生带入太空情境,亲身模拟体验高真空、零重力/微重力、巨大温差、强辐射等极端环境,才能有足够的同理心思考航天员面临的生存威胁,进而明白为什么航天员在太空活动时需要穿航天服,体会航天服作为航天员身处恶劣太空环境的最后一道防护屏障的重要性。

第2步,需求定义,明确目标 航天服需要具备哪些功能和关键技术?学生需要从航天员的生理需求、生命需求、活动轨迹和可能面临的应急情况界定[4]。为了实现这些功能,航天服需要具备怎样的结构?由哪些部件构成?尤其是舱外航天服,除了具有舱内航天服所有的功能外,还需要增加防辐射、隔热、防微陨石、防紫外线等功能,学生需要对航天服的功能和结构进行进一步思考,选择局部功能模块,明确目标,进行设计。

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图1 “实现目标、产品设计类”项目解决流程

第3步,创意构思 在确定想要设计的航天服功能,以及要实现该功能所需解决的具体问题之后,就进入了创意构思,也即方案设计。

第4步,原型实现 在完成航天服设计方案讨论基础上,用手抄报方式对方案进行展示,这个过程需要版面设计、细节实现、整体美化等,同时鼓励不同小组对所选择航天服模块的具体功能展开实践探究。

第5步,推广营销、测试评估 学生在完成自己方案设计和原型实现后,要对成果进行宣传与推广,这个过程涉及小组展示、组间互评,共同帮助将设计方案和原型作品优化得更好。


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