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Wednesday, May 6, 2015

Space

Astronaut Under WaterGames
NASA
When you are in wateryou floatAstronauts in space floattooBecause floating inwater is like floating in spaceastronauts spend many hours under water preparing forspace missionsDo you know why astronauts float in space?
 
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Technology and Early Space Travel
You have lived your entire life in the space ageMost people consider the launch ofSputnik I in 1957 by the former Soviet Union to be the beginning of the space age.Sputnik I was the first artificial satellite sent into orbit around EarthAn artificial satelliteis any human-made object placed in orbit around body in spaceTodayhundreds ofartificial satellites operate in orbit around EarthSome artificial satellites arecommunication satellitesSome observe Earthfew observe stars and other objects indistant space.
 
Escaping Gravity
How do artificial satellites and other spacecraft reach spaceYou know that when youjump up into the airyou land back on the ground because of EarthgravityBut if youcould jump fast enough and high enoughyou would launch into spaceOnly rocketcan travel fast enough and far enough to escape EarthgravityA rocket is vehiclepropelled by the exhaust made from burning fuelAs its exhaust is forced outthe rocketaccelerates forwardas shown in Figure 1. Most rockets that travel long distances carrytwo or more tanks of fuel to be able to travel far enough to escape Earthgravity.
StockTrek/Getty Images
Figure 1 The exhaust from rocket launch propels rocket skyward.
 
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Robotic Space Probes
The Moon is the farthest object from Earth that humans have visitedHoweverscientistshave sent robotic missions to every planetas well as to some moonsasteroidsdwarfplanetsand cometsA space probe is an uncrewed vehicle that travels to and obtainsinformation about objects in spaceExamples of the three main types of space probesare shown in Figure 2. Probes do not return to EarthThey are equipped with camerasand scientific instruments that transmit data back to Earth.
 
There are many reasons to send probes instead of people into spaceIt costs less andis often safer to send probesAlsoobjects in space are very far awayvisit to Marsand back would take more than yearround trip to Saturn could take 15 years.Robotic missions are dangeroustooOnly half of the missions sent to Mars have beensuccessfulSpace probes that do arrive at their destinations experience harsh conditionsand often do not survive long.
 
The National Aeronautics and Space Administration (NASAis the USgovernmentagency responsible for most space missions and space-flight technologyOther nationsalso have space programsAstronauts from more than 30 countries have traveled tospaceand several countries have sent robotic missions to the Moon and beyond.
1. Key Concept CheckHow do space probes help scientists explore space?
(l) Atlas Photo Bank / Photo Researchers, Inc., (c) AP Images, (r) NASA/JPL
Figure 2 Some space probes pass by an objectOthers land on the surface.
Visual CheckWhich probe would transport rovercraft that moves on thesurface of an object?
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ACADEMIC VOCABULARY
transmit
(verb) to send something from one personplaceor thing to another
 
Challenges for Humans in Space
When astronauts travel into spacethey must bring their environments and life-supportsystems with themOtherwisethey could not withstand the temperaturesthepressuresand the other extreme conditions that exist in space.
Solar Radiation
One threat to astronauts is harmful radiation from the SunYou read that Earthsatmosphere protects life on Earth from most of the Sundangerous radiationHowever,as astronauts travel in spacethey move far beyond EarthatmosphereThey must relyon their spacecraft and spacesuits to shield them from dangerous solar radiation andsolar particles.
Oxygen
Humans need oxygenOutside Earthatmospherethere is not enough oxygen forhumans to surviveAir circulation systems inside spacecraft supply oxygen and keepcarbon dioxidewhich people breathe outfrom accumulatingThe air humans breatheon Earth is mixture of nitrogen and oxygenFor short trips into spacespacecraft carrytanks of oxygen and nitrogenwhich are mixed into the proper proportions onboardForlong tripsoxygen is supplied by passing an electric current through waterThisseparates waterhydrogen and oxygen atoms.
1. Key Concept CheckWhat factors must humans consider when traveling into space?
Temperature and Pressure Extremes
Most places in the solar system are either extremely cold or extremely hotPressures inspace are also extremeIn most placespressure is much lower than the pressurehumans experience on EarthEnvironmental control systems in spacecraft protectastronauts from temperature and pressure extremesOutside their spacecraft,astronauts wear Extravehicular Mobility Unit (EMUsuitsas shown in Figure 3. EMUsuits provide oxygenprotect astronauts from radiation and meteoroidsand enableastronauts to talk to each other.
2. Reading CheckWhat are the purposes of an EMU suit?
Adastra/Getty Images
Figure 3 An EMU suit enables an astronaut to spend up to eight hours outside aspacecraft.
Microgravity
You might think astronauts are weightless in spaceBut astronauts in orbit around Earthare subjected to almost the same gravity as they are on EarthsurfaceThen why is theastronaut shown in Figure 4 floatingAs their spacecraft orbits Earththe astronautsinside are continually falling toward EarthBut because their spacecraft is movingtheydo not actually fallThey floatIf their spacecraft suddenly stopped movingthey wouldplunge downward.
 
The space environment that astronauts experience is often called microgravityInmicrogravityobjects seem to be weightlessThis can be an advantageNo matter howmuch something weighs on Earthit can be moved with ease in spaceMicrogravity alsomakes some taskssuch as turning screwdrivermore difficultIf an astronaut is notcarefulinstead of the screw turninghe or she might turn instead.
 
On Earthworking against gravity helps keep your musclesbonesand heart strong andhealthyBut in microgravityastronauts’ bones and muscles donneed to work as hard,and they begin to lose mass and strengthAstronauts in space must exercise each dayto keep their bodies healthy.
NASA
Figure 4 Astronaut Eileen Collins floats because she is constantly falling toward Earth asher spacecraft orbits Earth.
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WORD ORIGIN
astronaut
from Greek astronmeans “star”; and Greek nautesmeans “sailor
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 MiniLabHow hard is it to hit target?
Escaping Earthgravity is challenge for scientists launching rocketsLanding aspacecraft on solar system object also can be difficult.
Hutchings Photography/Digital Light Source
1. Read and complete lab safety form.
2. Use tape to make circle about in diameter on the floorAt the centermake atarget circle about 15 cm in diameter.
3. Test launch toy vehicle toward the target starting from the larger circleMakeseveral attemptsYou are successful only if your vehicle has all its wheels inside thetarget circleIn your Science Journalrecord what percentage of your test launcheswere successful.
4. Launch your vehicleAs classdetermine the success rate of the launches.
Analyze and Conclude
1. Model What technology does the toy in this activity represent?
2. Key ConceptWhat factors must be considered when launching spacecraft?
 
Living and Working in Space
Even when protected from the extremes of spaceastronauts still face many challengeswhen living and working in spaceLife in space is dramatically different from life onEarth.
International Space Station
 
The International Space Station (ISS), shown in Figure 5, is largeartificial satellite thatorbits EarthPeople work and live on the ISS for up to six months at timeConstructedby astronauts from over 15 nationsthe ISS has been continuously occupied since thefirst crew arrived in 2000.
The ISS crew conducts scientific and medical experimentsThese include experimentsto learn how microgravity affects peoplehealth and how it affects plantsPeople livingin space for long periods might need to grow plants for food and oxygenIn the futureinaddition to being an orbiting research laboratorythe ISS eventually might serve as atesting and repair station for missions to the Moon and beyond.
 
Living in space is not easyFor exampleastronauts must place clip on book to holdit open to the right pageThey eat packaged foodusing magnetized trays andtablewareToilets flush with air instead of waterAnd astronauts must be strapped downwhile they sleepas shown in Figure 6. Otherwisethey would drift and bump into things.
NASA
Figure 5 The International Space Station is the ninth and largest space station to bebuilt in spaceIt orbits Earth at 400 km above Earthsurface.
Visual CheckWhat is the combined area of the ISSs eight pairs of solar panels?
NASA
Figure 6 European astronaut Paolo Nespoli sleeps strapped into sleeping bag.
Transportation Systems
Space transportation systems are the rocketsthe shuttlesand the other spacecraft thatdeliver cargo and humans to spaceFigure 7 shows the progression of NASAspacetransportation systemsEarly rockets and spacecraftsuch as those used to transportastronauts to the Moonwere used only onceThe early rockets and spacecraft includedthree programsThe Mercury program obtained the goal of putting human into orbit.The Gemini program goals were to test the spacecraft and crews’ thresholds beforebeginning the Apollo programThe Apollo program achieved the goal of placing the firsthuman on the Moon.
The Space Shuttle was NASAfirst reusable transportation systemFirst launched in1981there were five shuttles designed to hold maximum of seven crew members ineach shuttleThe shuttles were designed to transport astronauts to the InternationalSpace Station to conduct experiments and to service uncrewed satellites , such as theHubble Space Telescope.
1. Reading CheckHow has the human space flight program at NASA changedover the years?
Top: (l) NASA Johnson Space Center Collection, (cl) NASA Great Images in NASA Collection, (cr) NASA Marshall Space Flight Center Collection, (r) NASA; Bottom: (l) NASA Marshall Space Flight Center Collection, (r) NASA
Figure 7 NASA has launched many different types of spacecraft carrying humans intospaceThis timeline shows the variety of the spacecraft.
Future Space Exploration
Space engineers are continuously working on new technologies and ideas that couldadvance human space flight and explorationThe last image in Figure 7 shows whatfuture space transportation systems may look like.
 
Lesson Review
Visual Summary
When wearing an EMU suitan astronaut can spend up to eight hours outside aspacecraft.
Adastra/Getty Images
Sleeping can be challenge for astronauts in space.
NASA
The space shuttle was NASAfirst reusable transportation system.
NASA
 
Lesson Assessment
Use Vocabulary
1. Any object made by humans and placed in orbit around body in space is a(n)__________.
2. Distinguish between rocket and space probe.
Understand Key Concepts
3. Which is NOT type of space probe?
A. flyby
B. lander
C. orbiter
D. shuttle
4. Compare how microgravity environment is both an advantage and disadvantagefor space travelers.
5. Explain how the International Space Station is used now and how it might be used inthe future.
6. Which best describes how astronauts are affected by microgravity?
A. They are constantly falling toward Earth.
B. They are lifted by oxygen in the air.
C. They are not subjected to an atmosphere.
D. They are not subjected to gravity.
7. What is the purpose of the object shown below?

Photograph of Voyager I space probe
Atlas Photo Bank / Photo ResearchersInc.
A. to be used as lunar outpost
B. to be used as research station
C. to explore planets up close
D. to transport astronauts
8. How is oxygen provided on long space voyage?
A. by collecting molecules from space
B. by harnessing nuclear reactions
C. by passing electricity through water
D. by recycling carbon dioxide
Interpret Graphics
9. Identify The photo below shows the International Space StationWhat purpose doesthe part labeled X serve?

Artist's rendition of the completed International Space Station with an X indicating one of the solar panels
NASA
10. Summarize Copy and fill in the graphic organizer below to summarize challenges forhumans traveling in space.

Example of a graphic organizer used to list four challenges in space
Critical Thinking
11. Imagine you are an astronaut on year-long voyageHow would your life bedifferent from your life on EarthWhat kind of accommodations would you have tomakeHow would it be the same?
12. Evaluate the following statementAstronauts in orbit are weightless because theyare so far from Earthsurface.
13. Explain why solar radiation is challenge for astronauts traveling in space.
14. Deduce why the International Space Station is being assembled in space and not onEarth.
Writing in Science
15. You are an astronaut on the International Space StationWrite letter of at least sixlines to your best friend describing some of the challenges you face on the ISS.

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