«Лунная Одиссея» LEGO Education: реализуем российскую космическую программу
Тягач доставил ракету «Ангара» на стартовый стол и установил ее в горизонтальном положении. Специальный кран-подъемник соединил ее с мачтой обслуживания и привел в положение для взлета. Лунный модуль был выведен на лунную орбиту и состыкован с кораблем «Федерация». Затем их посадили на поверхность спутника Земли. А кратер неподалеку на всякий случай исследовали на наличие льда.
Это не завязка отечественного блокбастера. Это сценарии проектов для учебного комплекта «Лунная Одиссея», который знакомит учеников 5–9 классов с российской программой покорения ближнего космоса. Причем знакомит не как детишек в песочнице, а через программирование и полную автоматизацию с помощью MINDSTORMS EV3 и кастомных элементов.
В комплект «Лунная Одиссея» входят базовые наборы LEGO MINDSTORMS Education EV3 с зарядными устройствами, тематический и тренировочный маты для проведения проектов, методические пособия с 8 тематическими и 12 учебными миссиями, а также дополнительный набор из 1334 деталей — с его помощью собирается ракета-носитель «Ангара», стартовая площадка для её запуска, корабль «Федерация», луноход, лунный модуль, антенны и даже кратер.
Собрали всю комплектацию на одной из стадий работы. Слева в коробке — MINDSTORMS EV3, в середине собранная ракета «Ангара» и несобранные дополнительные элементы пособия. Справа частично собранная стартовая площадка. В белой коробке много дополнительных деталей, рядом — лунный кратер. Завершает композицию тубус с картами.
Разложили черную коробку. На фото один из модулей EV3 с кучей всего интересного.
Одна из двух карт для проектов
На основе «Лунной Одиссеи» разработан учебный план из 12 миссий и 8 тематических проектов, рассчитанный на 72 академических часа. По ссылкам даны полные версии материалов. В них входят инструкции, интересные исторические, технические описания и даже небольшие тесты — так что на одной сборке все не заканчивается, обучение получается всесторонним. Практически у каждой миссии есть несколько решений — конструктор позволит нескольким командам школьников самостоятельно придумать свой вариант.
Например, нам нужно поднять в вертикальное положение ракету «Ангара», доставленную на стартовую площадку. Эффектней всего направить робота к стартовой площадке и поднять «Ангару» с помощью специального манипулятора. Ракета на площадке поднимается и опускается с помощью большой шестерёнки. Можно это делать руками, а можно манипулятором робота. И это одна из задач для школьников — спроектировать такого робота, который сможет поднять ракету в вертикальное положение. Гироскоп, установленный на ракете, можно использовать для того, чтобы вовремя остановить её подъём. Или же можно экспериментальным путем просчитать, что манипулятор должен совершить ровно 50 оборотов для установки «Ангары» на старт, и запрограммировать робота на эти 50 оборотов.
Или же можно подключить двигатель, предназначенный для движения колеса робота, напрямую к стартовой площадке и выполнить ту же самую манипуляцию другим способом.
Большинство задач решаются на двух тренировочных картах. Одна из них предназначена для работы с цветовыми полями и моделирования полёта искусственного спутника Земли. На поле размером 120×120 см нанесено изображение нашей планеты и градусная шкала.
«Лунная Одиссея» знакомит с историей первого искусственного спутника Земли, первого человека (и вообще живого существа) в космосе, рассказывает о круговой и эллиптической орбите, о спутниковой навигации. В первой учебной миссии нужно будет собрать луноход на основе MINDSTORMS EV3. О нем чуть ниже. Кроме этого, можно собрать еще один, олдскульный луноход — он хорошо позирует на фоне кратеров.
На этом этапе строительства по материалам «Лунной Одиссеи» ученикам рассказывают о значении манипуляторов. Зачем они вообще нужны, чем помогают в космосе, как их использует луноход. Программирование MINDSTORMS EV3 начинается не сразу, но все равно занимает большую часть курса.
«Федерация» — многоразовый пилотируемый космический корабль, который придет на смену «Союзам» и «Прогрессам». По одному из сценариев его нужно будет выводить на орбиту
Основная модель, выполняющая роль лунохода, основана на программируемом модуле MINDSTORMS EV3. Восемь портов позволяют подключить к нему двигатели и разные датчики. Цель первого этапа — собрать луноход: робота, который опирается на два колеса с независимыми моторами и металлический шарик. Такая схема опоры обеспечивает большую мобильность — помимо поворотов и движения, этот луноход может крутиться на месте.
В набор деталей также входят разные сенсоры — гироскоп, сенсор цвета, расстояния и так далее. Они позволяют программировать работу робота по сценариям, зависящим от условий внешней среды. Например, в углах одного тренировочного поля есть цветные квадраты: робота можно запрограммировать на выполнение действий после попадания на каждый из этих квадратов. Датчик определяет зеленый цвет под роботом — робот говорит «Green» — поворачивает направо — едет вперед на три оборота колеса — берет манипулятором кубик LEGO — возвращается на три оборота колеса назад — кладет кубик. Так мы смоделировали орбитальный перелет и вывод на орбиту некоего модуля.
Внешне более замысловатая модель — это стартовая площадка для «Ангары». Вполне собирается за час. Главное — сразу разложить все детали по цветам и типам, чтобы потом не перебирать их в поисках «вот такой вот маленькой синей втулки с крестовиной с одной стороны».
В комплект «Лунная Одиссея» входит множество шестеренок разного размера. С ними можно сделать разные манипуляторы для нашего робота. Причем для разных нагрузок — от нескольких кубиков LEGO до ракеты-носителя «Ангара». Простейший вариант манипулятора собирается за пару минут, но можно изучить тему подробнее и сделать манипулятор с разной силой и скоростью движения.
Все блоки LEGO MINDSTORMS EV3 программируются через стандартную среду. Некоторые этапы программирования проверяются с помощью тестовых вопросов в материалах для учеников.
Комплект «Лунная Одиссея» разработан в сотрудничестве с группой московских педагогов, корпорацией «Роскосмос» и ОРКК (Объединенной ракетно-космической корпорацией). Он не только знакомит с российской космической программой и основами робототехники, но также помогает закрепить навыки исследовательской деятельности и работы в команде. И, как мы надеемся, возбуждает у школьников интерес к космосу и робототехнике.
