초등5-6 우주탐사
꿈꾸는 우주여행
Ⅰ. 문제로의 초대 1 차 시 우 주 쓰 레 기 의 문 제 점 3
Ⅱ. 문제 해결을
위한 활동 2 차 시 태 양 돛 의 원 리 알 아 보 기 11
Ⅲ. 문제해결
3 차 시 우주보트 문제 해결 계획 세우기 16 4 차 시
우 주 보 트 만 들 기 21
5 차 시
Ⅳ. 평가 및 성찰
6 차 시 우 주 보 트 평 가 하 기 22
Ⅴ. 진로탐색 솔 라 세 일 과 함 께 하 는 직 업 26
Ⅰ . 문제로의 초대 1차시
주제의 이해 학습 목표 생각 열기 관련 단원
과거 갈릴레이는 망원경으로 우주를 탐사하였습니다. 현 재는 로켓을 쏘아 올려 우주에서 우주를 관찰하거나 관찰 하고 싶은 곳에 직접 탐사선을 보내서 탐사를 합니다. 그 리고 우주를 탐사하는 방법은 다양하게 개발되어지고 있습 니다. 하지만 우주 탐사와 함께 우주 쓰레기도 문제가 되 고 있습니다.이 주제에서는 우주쓰레기 문제를 알아보고 이를 바탕으 로 우주쓰레기가 생기지 않는 새로운 우주 탐사 방법을 알 아볼 것입니다.
학습 목표
주제의 이해 생각 열기 관련 단원
þ 우주 쓰레기의 문제점과 해결 방법을 설명할 수 있습니다.
þ 태양 돛의 원리를 알 수 있습니다.
þ 태양 돛의 원리를 이용한 새로운 우주 비행체를 만들 수 있습니다.
생각 열기
주제의 이해 학습 목표 관련 단원
<스타워즈 에피소드3>
우주를 여행하려면 어떻게 해야 할까?
혹시 아무런 에너지를 싣지 않고 여행 할 수는 없을까?
관련 단원
주제의 이해 학습 목표 생각 열기
2007 교육과정
Ÿ 과학 6 「생태계와 환경」, 「에너지」
Ÿ 실과 6 「생활 자원과 소비」, 「인터넷과 정보」
Ÿ 미술 5,6 「주제 표현」, 「표현 방법」, 「조형 요 소와 원리」, 「표현 과정」
Ÿ 국어 6 「뉴스를 듣고 정보에 관점이 반영됨을 안다.」
Ÿ 수학 6 「여러 가지 입체 도형」
2009 교육과정
Ÿ 과학 6 「물체의 빠르기」, 「태양계와 별」
Ÿ 실과 6 「쾌적한 주거와 생활 자원 관리」, 「생 활과 정보」
Ÿ 미술 5,6 「주제 표현」, 「표현 방법」, 「조형 요 소와 원리」, 「미술 비평」
Ÿ 국어 6 「뉴스를 듣고 자신의 의견을 말한다.」,
「적절한 이유나 근거를 들어 주장하는 글을
우주정거장
출처 : 미 항공우주국(NASA)
1차시 문제 상황
□S □TE□A◎ 우주 쓰레기의 문제점에 대해 알아봅시다.
우리의 머리 위 즉, 지구의 바깥쪽에는 수많은 인공위성 들이 있습니다. 이 인공위성 들은 수명이 다하고 나면 쓰 레기가 되러 계속 해서 우리 의 머리 위에 떠 있게 됩니 다. 가끔씩은 인공위성들 끼 리 부딪혀서 수많은 우주 쓰 레기를 만들어 내기도 합니 다. 우주정거장은 우주 쓰레
기를 피해기 위해 많은 노력을 하고 있습니다.
우주 쓰레기를 처리하는 방법에는 어떤 것들이 있을까요?
친환경적으로 우주 쓰레기를 처리하는 방법은 없을까요?
우주 쓰레기의 실제 모습 출처 : 미 항공우주국
• 글의 내용에서 문제가 되고 있는 것은 무엇입니까?
• 문제를 해결하기 위해 어떤 노력이 필요합니까?
• 우주 쓰레기가 왜 문제가 되는지 쓰고 토론해 봅시다.
1차시 도전 과제
□S □TE□A 별도의 에너지 없이 우주 쓰레기를 청소하거나 우주를 탐 사할 수 있는 우주보트를 만들어 봅시다.1. 태양 돛의 원리를 알아봅시다.
2. 태양 돛의 원리를 이용하여 우주보트를 만들어 봅시다.
3. 만들어진 우주보트를 최대한 멀리 날려 봅시다.
<문제 해결 조건>
1. 모든 재료의 무게는 300그램을 넘지 않아야 합니다.
2. 우주 보트는 줄에 걸릴 수 있어야 합니다.
3. 손을 대지 않고 선풍기 바람만을 이용하여 최대한 멀리 나아가야 합니다.
4. 옷걸이, 페트병, 테이프, 비닐 랩, 칼, 가위, 송곳만을 이 용하여 우주 보트를 만듭니다.
※ 단, 선생님과의 토론을 통해 재료는 바꿀 수 있습니다.
1차시 모둠 만들기
□S □TE□A1) 모둠명 정하기
2) 모둠 과제 확인하기
3) 모둠 조직 및 역할 정하기
이름 역 할 모둠원1
모둠원2
모둠원3
모둠원4
모둠원5
나노세일-D
출처 : 미 항공우주국(NASA)
쉬어 가기 태양 돛의 비밀
솔라 세일(태양 돛)
중력의 도움을 받아도 우주선의 속도가 태양계를 벗어날 만큼 빨라지지는 않습니다. 더 빨리 가게 하려면 새로운 기술을 개 발해야 합니다. 그중 하나 가 바로 솔라 세일이라는 것인데 햇빛을 속도로 전 환하는 장치입니다. 원리 는 돛단배와 비슷하지만, ‘솔라 세일(solar sail)’은 바람을 모으는 게 아니라, 태양에서부터 오는 아주 미세한 빛의 입 자인 ‘광자’를 모으는 일을 합니다.
햇빛 에너지는 순수 에너지입니다. 입자가 작은 순수한 에 너지입니다. 이것이 어딘가에 부딪히면 광자에서 나온 운동 량이 부딪힌 물체로 전달됩니다. 하지만 아주 극소량만 전달 됩니다. 그래도 우주에는 우주선의 속도를 늦추는 마찰이 없 기 때문에, 극소량의 광자만으로도 수차례 시속 수십만 킬로 미터까지 속도를 올릴 수 있습니다. 지금은 명왕성까지 10년 걸리지만 솔라 세일로는 2년 걸릴 것입니다.
솔라 세일을 이용한 로켓을 우주로 보낼 수 있다면, 인간 은 엄청난 속도에 이를 수 있고, 그럼 태양계의 다른 먼 부 분에 대해 알아낼 수 있을 것입니다.
미국 우주항공국(NASA)이 2010년 12월 6일 지구 궤도에 올린 나노 세일-D는 가로 30cm×세로 10cm×높이 10cm에 무게 4kg으로 식빵 한 개 크기밖에 되지 않으며, 내부에는 특수 폴리머 천으로 된 돛이 숨겨져 있습니다. 이 돛을 펼치 면 가로ㆍ세로 각각 10m 크기로 마치 커다란 방패연과 같은 모습입니다. 머리카락보다 얇은 두께에 무게가 수g에 불과한 태양 돛의 힘으로 연료분사 없이 자세와 궤도를 조정합니다.
나노세일-D는 임무를 다한 인공위성을 포함해 2011년 현재 지구 주위를 돌고 있는 크기 10cm 이상의 우주 쓰레기 1만 2,000여 개의 우주쓰레기 청소에 활용될 예정입니다.
- 출처 네이버 지식백과 시사상식사전, pmg지식엔진연구소, 2012
• 새롭게 알게 된 점은 무엇입니까?
• 흥미로운 점은 무엇입니까?
Ⅱ . 문제 해결을 위한 활동 2차시
2차시 태양 돛의 원리는 무엇일까?
□S□TE◎ 태양 돛의 원리를 이용한 우주보트를 만들기 위해 태양 돛의 원리를 알아봅시다.
우주 쓰레기를 치우기 위해 미국 NASA에서 쏘아 올린 나 노세일-D는 솔라 세일 즉, 태양 돛의 원리를 이용한 것입니 다. 이러한 태양 돛의 원리를 이용하여 우주 보트를 만들기 위해서는 그 원리를 알아야 합니다.
• 알고자 하는 것은 무엇입니까?
• 관련된 정보는 어디에서 찾을 수 있습니까?
• 태양 돛의 원리는 무엇입니까?
• 태양 돛과 유사한 원리로 움직이는 것들에는 무엇이 있는 지 찾아 발표해 봅시다.
문제해결정보 태양 돛과 관련된 우주기술
이카로스
일본 우주항공 연구개발 기 구(JAXA)가 개발한 우주선으 로, 태양광 즉 태양으로부터 나오는 광자를 연료로 삼아 우주를 항해합니다. 6개월간 에 걸쳐 금성에 도달한다는 계획으로, 2010년 5월 18일 일본 가고시마 현 다네가시마 우주센터에서 발사되었습니 다.
‘이카로스(IKAROS)’란 명칭은 ‘태양의 복사열로 추진되는 연 모양의 행성 간 탐사선(Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun)’의 머리글자를 따서 만들었습니다. 이카로스는 그리스신화에서 태양에 가까이 가 지 말라는 아버지의 경고를 잊고 새의 깃털을 밀랍으로 붙인 만든 날개를 달고 하늘 높이 날다 뜨거운 태양열 때문에 날 개가 떨어져 죽은 인물의 이름이기도 하며, ‘이카로스의 날 개’라는 표현은 미지의 세계에 대한 인간의 동경을 의미합니 다.
우주 범선 이카로스는 태양광으로 추진되기 때문에 기존의 우주선처럼 연료를 싣고 가지 않아도 된다는 장점이 있습니 다. 빛을 반사하는 아주 얇은 필름으로 만들어진 돛을 편 뒤,
돛의 표면에 부착된 아주 얇은 필름형 태양전지를 통하여 태 양광발전을 일으킴으로써 에너지를 얻어 운항하게 됩니다.
한 변이 14m인 정사각형 돛은 대기권을 벗어난 뒤 회전하 는 본체의 원심력에 의하여 우주공간에서 펼쳐집니다. 돛은 방사선에 강한 폴리이미드 수지에 알루미늄을 증착(蒸着; 진 공상태에서 금속 등을 가열하여 증기를 물체 표면에 얇은 막 으로 입히는 일)하여 만들었으며, 두께는 머리카락보다 훨씬 얇은 0.0075㎜에 불과합니다. 본체는 원통 모양으로, 직경 1.6ｍ, 높이 0.8ｍ 크기입니다. 우주공간의 방사선과 자외선 은 물론 영하 270~320도까지의 온도 변화에도 견딜 수 있 도록 만들어졌습니다. 이카로스의 제작·발사·운용에 투여된 금액은 총 15억 엔(약 180억 원)입니다.
[출처] 이카로스 | 두산백과
우주와 지구의 차이
실제로 태양 돛을 이용 한 나노세일-D나 이카로 스와 우리가 만들려고 하 는 우주 보트는 차이가 있 습니다. 실제 우주에서 나 는 것과 지상에서 움직이 는데서 오는 차이 인데요, 가장 큰 차이는 우주에는
나노세일-D
출처 : 미 항공우주국(NASA)
멈추지 않고 앞으로 움직일 수 있습니다. 하지만 우리가 만 들려고 하는 우주 보트는 실제로 우주에서 날려볼 수가 없습 니다. 그래서 비슷한 환경에서 실험을 해 보기 위해 줄에 우 주 보트를 매달아 선풍기로 날려 보는 것입니다. 실제로는 태양 돛이 광자의 힘으로 움직이지만 우리는 실험을 해 보기 위해 바람의 힘을 이용하는 것이지요. 실제와는 다른 실험을 해야 하는 안타까움도 있지만 우주 보트에 펼쳐진 우주 돛의 모양은 실제로 우주에서
사용되는 것과 다르지 않습니다. 여러분이 창의 적인 모양으로 새로운 우주 돛의 모양을 생각 해 낸다면 머지않은 미 래에 그 모양으로 우리 나라의 우주보트가 만들 어질 수 있습니다.
Ⅲ . 문제 해결 3-5차시
3차시 우주보트 문제 해결 계획을 세워 봅시다.
□S□TE□A□M문제 확인하기
‣ 해결하고자 하는 문제는 무엇입니까?(7쪽 도전과제 참고)
‣ 문제를 해결하기 위한 정보를 수집하여 가장 중요하다고 생각되는 정보를 선정해 봅시다.
‣ 문제를 해결할 때 가장 중요하다고 생각되는 점을 바탕으 로 우주보트를 제작할 때 유의해야 할 점을 써 봅시다.
대안 탐색하기
‣ 문제를 해결하기 위해 나만의 설계도를 그려 봅시다.
최적의 대안 선정하기
‣ 나의 설계도와 모둠 친구들의 설계도를 평가하여 최적의 대안을 선정해 봅시다.
이름 장점 단점 흥미로운 점
구체적으로 계획하기
‣ 선정된 대안을 바탕으로 구체적으로 제작 계획을 세워 봅 시다.
설계도
사용되는 재료
작업 순서
기타
다양한 문제 해결 사례
다양한 문제 해결 사례
4~5차시 우주보트를 직접 제작해 봅시다.
□S□TE□A□M문제해결하기
※ 우주보트를 만들기 위해서는 다양한 도구가 필요 합니다. 그 중 가위, 칼, 송곳 등 위험한 도구를 사용 할 때에는 주의해야 합니다. 특히 위험한 도구들로 작업을 하고 있는 친구들에게 장난을 칠 경우에는 다 칠 수 있기 때문에 주의해야 합니다. 토론을 하거나 이동해야 할 경우 도구들은 제자리에 두고 안전하게 활동하도록 합니다.
‣ 우주보트를 제작하기 위한 역할을 분담하여 봅시다.
역할 분담
이름 역할
‣ 가지고 온 재료들 중 최종적으로 사용할 재료를 선택해 봅 시다.
‣ 모둠원들과 협력하여 우주보트를 직접 제작해 봅시다.
Ⅳ . 평가 및 성찰 6차시
6차시 우주보트를 평가해 봅시다.
□S□TE□A□M◎ 완성된 우주보트를 평가해 봅시다.
‣ 완성된 우주보트의 사진을 붙이거나 스케치해 봅시다.
‣ 자신이 속한 모둠의 우주보트를 평가해 봅시다.
항목 내용 예 아니오
제작 설계도대로 만들어졌 습니까?
재료 제한된 재료만을 사용 하였습니까?
역할 역할 분담이 잘 이루 어 졌습니까?
목표한 거리에 도달하
‣ 자신이 속한 모둠의 우주보트를 다른 모둠 친구들에게 소 개 해 봅시다.
‣ 다른 모둠이 만든 우주보트의 장점을 찾아서 토론하고 발표해 봅시다.
장점
‣ 제작을 하는 동안이나 제작을 한 후 느낀 점을 써 봅시다.
‣ 다시 만든다면 어떤 점을 개선할 지 토론하여 써 봅시다.
‣ 활동을 하면서 어떤 점이 흥미로웠는지 써 봅시다.
‣ 자신의 활동을 스스로 평가해 봅시다.
질문 그저
그렇다 그렇다 아주 그렇다
우주탐사와 관련된 기술을 한 가지 이상
설명할 수 있나요? 1 2 3
창의적으로 우주보트를 디자인 하였나
요? 1 2 3
모둠원들과 협동하며 참여하였나요? 1 2 3
쉬어 가기
기술&미래
태양 돛을 이용한 우주 탐사선은 빠른 시간 안에 먼 곳까 지 탐사가 가능하도록 만들어주기도 하고 다른 에너지원이 필요 없이 우주 공간을 탐사할 수 있도록 만들어주기도 합니 다. 이런 태양 돛은 과연 어떤 미래를 만들어 줄까요? 여러 분들이 상상할 수 있는 우주 탐사의 미래는 어떤가요?
만약 태양 돛보다 더 발전된 기술이 나온다면 과연 무엇을 활용한 것일까요?
우주에 대해 의문을 가지고 흥미를 가지는 것이 우주 과학 자가 되기 위한 첫걸음입니다.
Ⅴ . 솔라 세일과 함께하는 직업 6차시
우주 탐사를 하는데 참여하는 직업은 아주 많습니다. 그 중에서 직접 우주 탐사하거나 여행을 하는데 중요한 역할을 하는 항공 공학 기술자와 인공위성 개발원에 대해 알아봅시 다.
항공 공학 기술자 인공위성 개발원 공학적 원리와 기술을 적
용하여 항공기, 우주선, 미사 일 등의 각종 항공기의 장비 및 설비를 연구, 설계 및 자 문하고, 이들의 제작, 개발, 유지, 보수를 계획하고 감독 하는데 관련된 업무를 수행 한다.
▪ 항공기의 기본적인 특성 과 구조, 각종 장비 및 설 비의 연구, 개발에 관련된 자료를 검토, 분석한다.
▪ 기체나 시스템 및 각종 장비를 설계하고, 시공도 와 설계도를 작성한다.
인공위성, 발사체와 같은 비행체의 개발·제작·운용에 관하여 연구, 설계하고 이들 의 제조 및 운용을 지휘, 통 제, 조언한다.
▪ 인공위성을 설계 개발한 다.
▪ 인공위성이 궤도에 도달 하도록 유도한다.
▪ 위성으로부터 보내진 탐 사자료를 분석한다.
◎ 항공 우주 공학자는 어떤 일을 할까요?
항공 우주 공학자를 직접 찾아 가거나 E-mail 또는 전화를 이용하여 항공 우주 공학자를 인터뷰 해 봅시다.
★ 인터뷰 질문
- 왜 이 직업을 선택하였습니까?
- 구체적으로 하는 일은 무엇입니까?
- 일을 하면서 즐거웠거나 힘들었던 기억은 무엇입니까?
- 이 직업의 전망은 어떻습니까?
- 같은 직업을 희망하는 학생은 무엇을 준비해야 합니까?
- 같은 직업을 희망하는 학생에게 해 주고 싶은 말은 무엇입니까?
- 그 외 하고 싶은 질문
