The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by Joe Maness, 2021-11-21 11:14:32

PBL 4 Lesson Plan

PBL 4 Lesson Plan

Project Based Learning

Project 4
Space Station Design



Introduction‌t‌o‌C‌ ollege‌‌Algebra‌ LESSON‌‌PLAN‌ Project‌‌4 ‌ ‌
 ‌

Space‌‌Station‌D‌ esign ‌ ‌

MATRICES‌  ‌
 ‌
LESSON‌D‌ ESCRIPTION ‌ ‌
Students ‌ w‌ ill‌  ‌deepen ‌ ‌their ‌ ‌understanding ‌ ‌of‌  ‌matrices ‌ b‌ y‌  d‌ esigning ‌ ‌a ‌ ‌real–world ‌ ‌space ‌ ‌station ‌‌

using‌r‌eal–world‌s‌ pace‌‌station‌m‌ odules‌a‌ nd‌‌launch‌‌vehicles. ‌ ‌
 ‌
VOCABULARY ‌ ‌

● B330‌‌Module:‌A‌ ‌‌Bigelow‌A‌ erospace‌i‌nflatable‌‌space‌s‌ tation‌‌module.‌  ‌
● B330‌|‌‌‌Delta‌I‌ V‌S‌ tack:‌‌A‌‌B330‌a‌ ttached‌‌to‌i‌ts‌L‌ V‌‌that‌‌is‌o‌ n‌t‌he‌L‌ aunch‌P‌ ad. ‌ ‌

● Crew‌‌Capsule:‌‌A‌s‌ pacecraft‌‌that‌i‌s‌‌used‌‌to‌‌ferry‌c‌ rew‌‌to‌‌and‌‌from‌a‌ ‌s‌ pace‌s‌ tation. ‌ ‌
● Crew‌‌Size:‌T‌ he‌‌number‌o‌ f‌‌people‌‌on‌b‌ oard‌a‌ ‌s‌ pace‌s‌ tation. ‌ ‌
● Docking‌‌Node‌(‌DN):‌‌Module‌‌that‌‌allows‌s‌ pace‌‌station‌‌modules‌t‌o‌‌be‌‌attached‌‌together. ‌ ‌
● Dragon‌‌2‌‌|‌F‌ alcon‌‌9‌S‌ tack:‌‌A‌‌crew‌‌capsule‌‌attached‌‌to‌‌its‌‌LV‌t‌hat‌i‌s‌o‌ n‌t‌he‌L‌ aunch‌P‌ ad. ‌ ‌

● Launch‌‌Vehicle‌‌(LV):‌‌A‌‌vehicle‌‌that‌‌is‌‌used‌t‌o‌‌lift‌‌payload‌‌and‌p‌ assengers‌‌to‌‌LEO. ‌ ‌
● SpaceX‌‌Dragon‌‌2:‌A‌ ‌c‌ rew‌‌capsule‌t‌hat‌c‌ an‌‌lift‌6‌ ‌‌astronauts‌t‌o‌L‌ EO‌‌and‌‌back.‌  ‌
● SpaceX‌F‌ alcon‌9‌ :‌‌A‌L‌ V‌‌that‌‌can‌‌lift‌2‌ 2,800‌k‌ g‌‌to‌‌LEO. ‌ ‌
● International‌S‌ pace‌‌Station‌(‌ISS.):‌‌The‌‌space‌s‌ tation‌t‌hat‌‌is‌‌currently‌‌orbiting‌‌the‌‌earth. ‌ ‌
● Launch‌‌Pad:‌W‌ here‌‌a‌‌rocket‌t‌akes‌‌off‌f‌rom. ‌ ‌

● Low‌E‌ arth‌O‌ rbit‌‌(LEO):‌A‌ ‌‌body‌‌circling‌t‌he‌‌Earth‌a‌ t‌a‌ ‌m‌ inimum‌‌orbital‌a‌ ltitude. ‌ ‌
● PB/DN:‌C‌ ombination‌‌of‌‌a‌‌PB‌‌attached‌t‌o‌‌a‌D‌ N‌‌and‌w‌ eighs‌‌17,000‌k‌ g. ‌ ‌
● PB/DN‌‌|‌F‌ alcon‌9‌ ‌‌Stack:‌‌A‌‌PB/DN‌a‌ ttached‌‌to‌‌its‌‌LV‌t‌hat‌‌is‌‌on‌‌the‌‌Launch‌P‌ ad. ‌ ‌
● Pressurized‌‌Volume:‌T‌ he‌v‌ olume‌‌of‌s‌ ea-level‌‌pressure‌a‌ ir‌‌that‌‌is‌‌in‌a‌ ‌B‌ igelow‌‌module. ‌ ‌

● Propulsion‌‌Bus‌‌(PB):‌‌The‌u‌ nit‌‌used‌‌to‌r‌eboost‌t‌he‌s‌ pace‌‌station‌d‌ ue‌t‌o‌o‌ rbital‌‌decay. ‌ ‌
● Space‌‌Station:‌A‌ ‌‌place‌‌where‌‌astronauts‌‌can‌‌gather‌t‌o‌e‌ xplore‌‌the‌w‌ onders‌‌of‌s‌ pace.‌  ‌
● United‌L‌ aunch‌‌Alliance‌‌Delta‌I‌ V‌H‌ eavy:‌‌a‌‌LV‌t‌hat‌c‌ an‌‌lift‌‌28,790‌‌kg‌‌to‌L‌ EO. ‌ ‌
 ‌
ENDURING‌‌UNDERSTANDINGS ‌ ‌

● The‌p‌ arameters‌‌of‌‌a‌‌space‌s‌ tation‌‌can‌b‌ e‌‌solved‌‌using‌M‌ atrices. ‌ ‌
● Different‌‌modules‌c‌ an‌‌be‌‌attached‌i‌n‌‌LEO‌‌to‌‌create‌‌a‌‌larger‌‌space‌s‌ tation. ‌ ‌
● Space‌s‌ tations‌‌and‌r‌ealistic‌‌animation‌‌in‌‌gaming‌‌use‌‌the‌e‌ xact‌s‌ ame‌m‌ athematics. ‌ ‌
● The‌a‌ mount‌o‌ f‌‌payload‌i‌n‌‌LEO‌i‌s‌d‌ ependent‌o‌ n‌t‌he‌c‌ apabilities‌o‌ f‌‌the‌‌ELV. ‌ ‌

 ‌
ESSENTIAL‌Q‌ UESTIONS ‌ ‌

● Who‌a‌ re‌‌the‌m‌ any‌‌space‌s‌ tation‌‌pioneers? ‌ ‌
● What‌i‌s‌‌a‌‌space‌s‌ tation? ‌ ‌
● Where‌‌can‌‌a‌B‌ igelow‌s‌ pace‌s‌ tation‌‌be‌‌spotted‌‌in‌t‌he‌n‌ ight‌‌sky? ‌ ‌

● When‌‌will‌t‌he‌f‌irst‌c‌ ommercial‌B‌ igelow‌‌space‌s‌ tation‌‌be‌f‌lown? ‌ ‌
● Why‌d‌ o‌‌people‌w‌ ant‌t‌o‌l‌ive‌o‌ n‌‌a‌‌space‌‌station‌‌in‌o‌ rbit? ‌ ‌
● How‌m‌ any‌‌people‌‌can‌‌live‌‌on‌‌a‌‌space‌‌station? ‌ ‌

 ‌

Matrices‌ SPACE‌‌STATION‌D‌ ESIGN‌ Page‌1‌ ‌o‌ f‌ 1‌ 2 ‌

Introduction‌‌to‌‌College‌‌Algebra‌ LESSON‌‌PLAN‌ Project‌‌4 ‌ ‌
 ‌

MATHEMATICS‌  ‌
● Algebra ‌ ‌

● Matrices ‌ ‌
 ‌
SCIENCE ‌ ‌

● Physics ‌ ‌
● Aerospace‌  ‌

● Astronautics ‌ ‌
 ‌
NOTES‌‌TO‌T‌ HE‌T‌ EACHER‌  ‌
The ‌r‌eal–world ‌e‌ xamples ‌‌used‌ ‌in ‌t‌his ‌‌lesson ‌‌plan‌ ‌include ‌t‌he ‌‌Bigelow‌ A‌ erospace ‌i‌nflatable ‌s‌ pace ‌‌
station ‌m‌ odule ‌a‌ nd ‌o‌ ther‌ s‌ pace ‌‌station ‌c‌ omponents ‌s‌ uch ‌‌as‌ t‌he ‌D‌ N‌ ‌and ‌‌PB. ‌T‌ he ‌‌SpaceX ‌F‌ alcon ‌9‌ ‌ ‌
and‌F‌ alcon‌‌Heavy‌‌ELVs‌w‌ ill‌b‌ e‌u‌ sed‌t‌o‌‌place‌‌the‌s‌ pace‌s‌ tation‌i‌nto‌L‌ EO.‌  ‌

 ‌
COMMON‌C‌ ORE‌‌STANDARDS ‌ ‌

● CCSS.MATH.CONTENT.HSN.VM.C.6 ‌ ‌
○ Use‌‌matrices‌t‌o‌‌represent‌a‌ nd‌‌manipulate‌‌data ‌ ‌

● CCSS.MATH.CONTENT.HSN.VM.C.8 ‌ ‌

○ Add,‌s‌ ubtract,‌a‌ nd‌‌multiply‌m‌ atrices‌o‌ f‌a‌ ppropriate‌‌dimensions.‌  ‌
● CCSS.MATH.CONTENT.HSA.SSE.A.1.A ‌ ‌

○ Interpret‌‌parts‌‌of‌‌an‌e‌ xpression,‌s‌ uch‌‌as‌‌terms,‌‌factors,‌‌and‌‌coefficients. ‌ ‌
● CCSS.MATH.CONTENT.HSF.BF.A.1‌  ‌

○ Write‌‌a‌f‌unction‌‌that‌d‌ escribes‌‌a‌r‌elationship‌b‌ etween‌t‌wo‌‌quantities. ‌ ‌
 ‌
LESSON‌D‌ URATION ‌ ‌
Approximately‌‌3‌‌weeks,‌‌or‌‌about‌‌15‌c‌ lass–hours. ‌ ‌

 ‌
ACTIVITIES ‌ ‌

● Solve‌m‌ atrices‌u‌ sing‌‌pencil‌‌and‌p‌ aper. ‌ ‌
● Create ‌a‌ nd ‌‌use‌ a‌  ‌‌spreadsheet ‌‌app ‌‌to ‌d‌ esign ‌‌a ‌s‌ pace ‌‌station ‌i‌ncluding‌ t‌he‌ ‌ELVs ‌n‌ ecessary ‌‌

to‌p‌ lace‌‌the‌s‌ pace‌‌station‌i‌nto‌‌LEO‌‌using‌m‌ atrices.‌  ‌
 ‌
MATERIALS‌‌NEEDED ‌ ‌

● Student‌‌Formula‌‌Sheet ‌ ‌
○ Formulas,‌C‌ onversions,‌‌and‌C‌ onstants ‌ ‌

● Formative‌A‌ ssessment ‌ ‌
○ Formative‌A‌ ssessment‌‌Answer‌‌Key ‌ ‌

● Summative‌A‌ ssessment ‌ ‌
○ Summative‌A‌ ssessment‌‌Answer‌‌Key‌  ‌

 ‌

 ‌

Matrices‌ SPACE‌‌STATION‌D‌ ESIGN‌ Page‌‌2‌‌of‌ ‌12 ‌

Introduction‌t‌o‌‌College‌‌Algebra‌ LESSON‌P‌ LAN‌ Project‌‌4 ‌ ‌
 ‌

ANALYSIS ‌ ‌
Students ‌ w‌ ill‌  b‌ e ‌ ‌required ‌ ‌to ‌ d‌ esign ‌ ‌and ‌ ‌construct ‌ (‌on ‌ p‌ aper,‌  s‌ o ‌ t‌o ‌ s‌ peak) ‌ ‌a ‌ ‌real-world ‌ ‌space ‌‌
station ‌ ‌based ‌ o‌ n‌  ‌the ‌ ‌Bigelow ‌ A‌ erospace‌  ‌design. ‌ T‌ he‌  B‌ igelow ‌ ‌space ‌ s‌ tation ‌ m‌ odules ‌ w‌ ill‌  b‌ e ‌‌

launched ‌ a‌ board ‌ ‌either‌  t‌he ‌ S‌ paceX ‌ ‌Falcon‌  9‌  ‌‌or ‌t‌he‌ F‌ alcon ‌H‌ eavy, ‌d‌ epending ‌‌on‌ ‌which ‌m‌ odule ‌‌
will‌‌fly.‌  ‌
 ‌
The ‌‌Bigelow ‌s‌ pace ‌‌station ‌m‌ odules ‌a‌ re ‌u‌ nique‌ ‌in ‌‌that ‌w‌ hen ‌p‌ laced ‌‌in ‌L‌ EO, ‌‌it‌ ‌inflates ‌‌to ‌i‌ncrease ‌‌
the‌p‌ ressurized‌v‌ olume‌‌of‌t‌he‌‌interior.‌  ‌
 ‌

Based ‌ ‌on ‌ t‌he‌  t‌ype ‌ a‌ nd ‌ ‌number ‌ o‌ f‌ ‌modules ‌‌that ‌w‌ ill‌ ‌make ‌‌up ‌‌the‌ ‌space ‌‌station ‌‌design, ‌s‌ tudents ‌‌
will‌  ‌construct ‌ t‌heir ‌ o‌ wn ‌ u‌ nique ‌ s‌ pace ‌ s‌ tation, ‌ ‌calculating ‌ t‌he‌  ‌volume, ‌ w‌ eight,‌  c‌ rew ‌ s‌ ize, ‌‌crew ‌‌
volume,‌a‌ nd‌‌the‌‌total‌c‌ ost‌o‌ f‌t‌heir‌c‌ reation. ‌ ‌
 ‌
PROCEDURE ‌ ‌
MATRICES‌  ‌

From‌‌Wikipedia: ‌ ‌

A ‌m‌ atrix ‌‌(plural ‌‌matrices) ‌i‌s ‌a‌ ‌ ‌rectangular‌ a‌ rray ‌o‌ r ‌‌table ‌o‌ f ‌n‌ umbers, ‌‌
symbols, ‌‌or ‌e‌ xpressions, ‌a‌ rranged ‌‌in ‌‌rows ‌a‌ nd‌ ‌columns,‌ w‌ hich ‌‌is ‌‌used‌ ‌
to‌‌represent‌‌a‌‌mathematical‌o‌ bject‌‌or‌‌a‌‌property‌‌of‌s‌ uch‌‌an‌‌object. ‌ ‌

 ‌
Matrices ‌ u‌ sually ‌ ‌use‌  ‌letters ‌ t‌o ‌ d‌ esignate ‌ t‌he‌  ‌matrix ‌ ‌itself. ‌ ‌The‌ ‌dimensions ‌o‌ f‌ a‌  ‌m‌ atrix ‌u‌ ses ‌t‌he ‌‌
row–column ‌ ‌format. ‌ A‌  ‌ m‌ atrix‌  w‌ ith ‌ 2‌  ‌ ‌rows ‌ a‌ nd ‌ ‌3 ‌ ‌columns ‌ ‌is‌  ‌labeled ‌ ‌as ‌ a‌  ‌ ‌“2 ‌ ‌x ‌ 3‌ ” ‌ m‌ atrix‌ ‌

(pronounced‌  “‌ 2 ‌ b‌ y‌  ‌3”). ‌ D‌ ifferent ‌ e‌ lements ‌ o‌ f ‌ t‌he‌  ‌matrix ‌ a‌ re ‌ ‌identified‌  u‌ sing‌  s‌ ubscripts. ‌ F‌ or ‌‌
example,‌‌if‌a‌ ‌m‌ atrix‌i‌s‌‌labeled‌‌as‌‌A,‌‌the‌2‌ nd‌r‌ow‌a‌ nd‌1‌ st‌c‌ olumn‌‌is‌l‌abeled‌A‌ ‌2,1.‌ ‌  ‌
 ‌

 ‌

 ‌
For‌e‌ xample,‌l‌et ‌ ‌

 ‌ A1‌,1‌ =‌ ‌‌7‌ A1‌,2‌ =‌ ‌‌2‌  ‌
 ‌ A2‌,1‌ ‌=‌4‌ ‌ A2‌,2‌ =‌ ‌8‌ ‌ A1‌,3‌ ‌=‌9‌  ‌ ‌
 ‌ A2‌,3‌ =‌ ‌‌1 ‌ ‌

Matrices‌  ‌

SPACE‌S‌ TATION‌‌DESIGN‌ Page‌‌3‌o‌ f‌ 1‌ 2 ‌

Introduction‌‌to‌C‌ ollege‌A‌ lgebra‌ LESSON‌‌PLAN‌ Project‌‌4 ‌ ‌
 ‌

MATRIX‌O‌ PERATIONS ‌ ‌
Matrices‌‌can‌‌be‌a‌ dded‌a‌ nd‌m‌ ultiplied.‌‌But‌c‌ ertain‌r‌ules‌m‌ ust‌a‌ pply,‌o‌ f‌c‌ ourse. ‌ ‌
 ‌

This‌l‌esson‌p‌ lan‌w‌ ill‌‌concentrate‌‌on‌‌multiplying‌‌two‌m‌ atrices‌t‌ogether.‌  ‌
 ‌
When ‌m‌ ultiplying‌ ‌two‌ ‌matrices, ‌‌the‌ n‌ umber‌ o‌ f ‌‌columns ‌‌in ‌‌the‌ ‌first ‌‌matrix‌ h‌ as ‌‌to ‌b‌ e ‌‌equal ‌t‌o ‌t‌he ‌‌
number ‌‌of‌ r‌ows ‌‌in ‌‌the‌ s‌ econd ‌‌matrix.‌ T‌ he‌ r‌esult ‌‌of‌ ‌the ‌m‌ ultiplication‌ ‌will ‌y‌ ield ‌a‌  ‌‌matrix ‌t‌hat ‌i‌s ‌‌
the‌‌same‌d‌ imensions‌a‌ s‌‌the‌‌second‌m‌ atrix. ‌ ‌
 ‌

In‌‌general, ‌ ‌
 ‌

If‌‌A‌=‌ ‌‌[n,‌‌m]‌a‌ nd‌B‌ ‌‌=‌‌[m,‌o‌ ],‌t‌hen‌A‌ ‌x‌ ‌B‌ ‌‌=‌‌[n‌‌,‌‌m]‌‌x‌ ‌[‌‌m‌,‌o‌ ]‌‌=‌‌[m,‌o‌ ] ‌ ‌
 ‌
For ‌‌this ‌p‌ roject, ‌‌we ‌w‌ ill‌ m‌ ultiply ‌‌a ‌‌scalar ‌‌matrix‌ b‌ y ‌‌another ‌‌matrix. ‌S‌ uppose ‌‌we ‌‌wish ‌‌to ‌m‌ ultiply ‌‌
scalar‌m‌ atrix‌ A‌ =1x3‌b‌ y‌‌matrix‌B‌ =3x4.‌‌In‌t‌he‌‌language‌‌of‌m‌ atrices,‌‌that‌t‌ranslates‌‌to ‌ ‌

 ‌
A‌x‌ ‌‌B‌=‌ ‌[‌1,‌‌3]‌x‌ ‌‌[3,‌‌4]‌=‌ ‌[‌3,‌‌4] ‌ ‌

 ‌
To ‌ ‌multiply ‌ t‌he‌  ‌matrices, ‌ ‌multiply ‌ ‌the ‌ r‌ow ‌ ‌the‌  ‌the ‌ ‌first ‌ ‌matrix ‌ ‌by‌  e‌ ach ‌ ‌column ‌ o‌ f‌  ‌the ‌ ‌second ‌‌
matrix.‌T‌ hus,‌  ‌
 ‌

 ‌
 ‌

 ‌
 ‌
For‌‌example,‌‌we‌m‌ ultiply‌‌the‌t‌wo‌‌matrices‌b‌ elow‌b‌ y‌u‌ sing‌t‌he‌t‌echnique‌‌described‌a‌ bove. ‌ ‌
 ‌

 ‌

 ‌  ‌

Matrices‌ SPACE‌‌STATION‌‌DESIGN‌ Page‌4‌ ‌o‌ f‌ 1‌ 2 ‌

Introduction‌t‌o‌C‌ ollege‌‌Algebra‌ LESSON‌P‌ LAN‌ Project‌4‌  ‌ ‌
 ‌

GUIDED‌P‌ RACTICE ‌ ‌
Multiply‌‌the‌s‌ calar‌‌1x3‌‌matrix‌‌by‌t‌he‌3‌ x4‌m‌ atrix: ‌ ‌
 ‌

 ‌

Answer‌‌Key‌  ‌

 ‌
 ‌
PROCEDURE ‌ ‌

SPACE‌S‌ TATION‌‌DESIGN ‌ ‌
Students ‌ w‌ ill‌  f‌irst ‌ l‌earn ‌ t‌he ‌ b‌ asics ‌ ‌of‌  s‌ pace ‌ s‌ tation ‌ ‌design ‌ ‌using‌  ‌pencil, ‌ p‌ aper, ‌ ‌and ‌ s‌ cientific‌ ‌
calculators.‌  W‌ e ‌ w‌ ill‌  b‌ e ‌ u‌ sing ‌ t‌he‌  p‌ roducts ‌ f‌rom ‌ B‌ igelow ‌ A‌ erospace, ‌ ‌which ‌ ‌makes ‌ i‌nflatable ‌‌
habitat ‌ ‌modules ‌ ‌that ‌ o‌ nce ‌ ‌placed ‌ ‌into‌  o‌ rbit,‌  w‌ ell, ‌ ‌inflate. ‌ ‌This ‌ a‌ llows ‌ ‌for‌  a‌  ‌ g‌ reater ‌ ‌volume ‌ o‌ f ‌‌
space ‌‌inside ‌‌for‌ ‌the‌ ‌crew. ‌I‌t ‌h‌ as ‌s‌ olar ‌p‌ anels ‌f‌or‌ ‌electrical ‌p‌ ower ‌a‌ nd ‌r‌adiators ‌‌to ‌d‌ ispose ‌‌of‌ w‌ aste ‌‌
heat. ‌‌The‌ m‌ odule ‌h‌ as‌ ‌a ‌m‌ ass ‌‌of ‌2‌ 5,000 ‌k‌ g, ‌h‌ as‌ a‌  ‌p‌ rice ‌‌tag ‌‌of‌ ‌$125,000,000‌ ‌USD, ‌‌and ‌‌can ‌‌house‌ ‌
a‌c‌ rew‌‌of‌‌six. ‌ ‌

 ‌

 ‌

 ‌

Matrices‌ SPACE‌‌STATION‌D‌ ESIGN‌ Page‌‌5‌‌of‌ ‌12 ‌

Introduction‌‌to‌C‌ ollege‌‌Algebra‌ LESSON‌‌PLAN‌ Project‌4‌  ‌ ‌
 ‌

 ‌
 ‌

Attached ‌‌to ‌t‌he‌ ‌inflatable ‌‌modules ‌i‌s ‌a‌  ‌‌Propulsion‌ ‌Bus ‌/‌Docking ‌‌Node ‌‌combination.‌ ‌The‌ P‌ B/DN‌ ‌
is ‌ u‌ sed ‌ ‌to ‌ ‌maneuver‌  t‌he ‌ s‌ pace ‌ ‌station ‌ ‌to ‌ ‌avoid‌  o‌ rbital ‌ s‌ pace ‌ d‌ ebris ‌ o‌ r‌  t‌o ‌ ‌boost ‌t‌he‌ ‌station ‌t‌o ‌a‌  ‌‌
higher‌‌orbital‌a‌ ltitude.‌‌The‌P‌ B/DN‌‌has‌‌a‌m‌ ass‌o‌ f‌‌17,000‌‌kg‌a‌ nd‌i‌s‌p‌ riced‌‌at‌‌$75,000,000‌U‌ SD. ‌ ‌
 ‌
The ‌ ‌SpaceX ‌ D‌ ragon‌  2‌ ‌  c‌ rew ‌‌capsule ‌w‌ ill‌ f‌erry ‌6‌ ‌ ‌astronauts ‌‌to ‌‌the‌ s‌ pace ‌‌station ‌a‌ nd ‌b‌ ack. ‌O‌ nce ‌‌
docked,‌‌the‌‌Dragon‌2‌ ‌i‌s‌‌put‌‌into‌s‌ leep‌‌mode,‌‌and‌‌the‌‌astronauts‌s‌ pend‌‌six‌‌months‌‌in‌‌space. ‌ ‌
 ‌

 ‌  ‌

Matrices‌ SPACE‌‌STATION‌D‌ ESIGN‌ Page‌6‌ ‌o‌ f‌ ‌12 ‌

Introduction‌‌to‌‌College‌A‌ lgebra‌ LESSON‌‌PLAN‌ Project‌4‌  ‌ ‌
 ‌

In‌  ‌the ‌ i‌mage ‌ a‌ bove,‌  ‌three ‌ B‌ igelow ‌ ‌B330 ‌ m‌ odules ‌ a‌ re ‌ ‌docked‌  ‌with ‌ ‌one ‌ ‌PB/DN, ‌ ‌with ‌ ‌three ‌‌
SpaceX‌D‌ ragon‌‌2s‌d‌ elivering‌‌a‌‌crew‌o‌ f‌‌astronauts‌t‌o‌t‌he‌s‌ pace‌‌station. ‌ ‌
 ‌

Below ‌ ‌are ‌ d‌ ifferent ‌ ‌variations ‌ p‌ ossible ‌ ‌with ‌ t‌he ‌‌B330–PB/DN‌ ‌combinations. ‌‌The ‌s‌ pace ‌s‌ tation ‌‌
can ‌ ‌begin ‌ ‌life ‌ a‌ s‌  a‌  ‌s‌ ingle ‌o‌ r ‌‌double‌ B‌ 330 ‌‌and ‌‌expand‌ t‌o ‌‌a ‌t‌riple. ‌I‌n‌ a‌ ll ‌t‌he‌ c‌ onfigurations, ‌o‌ nly ‌‌
one‌‌PB/DN‌‌module‌‌is‌n‌ eeded‌‌to‌a‌ ttach‌t‌he‌‌B330s. ‌ ‌
 ‌

 ‌
 ‌

It ‌ ‌also ‌ ‌suggests ‌ t‌hat ‌ ‌the ‌ ‌space ‌ s‌ tation ‌ c‌ an‌  b‌ e ‌ ‌further‌  ‌expanded ‌ a‌ s‌  ‌needed. ‌ ‌The ‌ i‌mage ‌ ‌below ‌‌
represents ‌‌a ‌s‌ pace ‌‌station ‌‌that ‌‌starts ‌‌out ‌a‌ s ‌‌a ‌s‌ ingle, ‌t‌hen‌ ‌becomes ‌a‌  ‌‌triple, ‌‌and ‌‌then‌ ‌triples ‌‌again. ‌‌
A‌t‌otal‌o‌ f‌‌nine‌B‌ 330s‌‌and‌t‌hree‌P‌ B/DNs‌m‌ ake‌u‌ p‌‌this‌r‌emarkable‌s‌ pace‌‌station‌c‌ onfiguration. ‌ ‌
 ‌

 ‌
 ‌

To ‌ l‌aunch ‌ t‌hese ‌ e‌ xcellent ‌ ‌habitat ‌ ‌modules ‌ i‌nto‌  s‌ pace, ‌ w‌ e ‌ ‌obviously ‌ n‌ eed‌  a‌  ‌ ‌launch ‌ ‌vehicle. ‌‌
Shopping‌  a‌ round ‌ f‌or‌  ‌what’s ‌ a‌ vailable ‌ ‌to ‌ u‌ se ‌ ‌to ‌ l‌aunch ‌ ‌our ‌ c‌ ity ‌ i‌n ‌ s‌ pace, ‌ ‌we ‌ f‌ind ‌ ‌two ‌ ‌Launch ‌‌
Vehicles ‌ (‌LVs) ‌ ‌that ‌‌are ‌‌capable ‌‌of ‌‌lifting‌ ‌the ‌‌required ‌‌mass ‌t‌o ‌‌LEO, ‌n‌ amely ‌‌the ‌U‌ nited‌ ‌Launch ‌‌
Alliance‌‌(ULA)‌D‌ elta‌‌IV‌‌Heavy‌‌and‌‌the‌‌SpaceX‌F‌ alcon‌9‌ . ‌ ‌
 ‌
ULA ‌ c‌ harges ‌ $‌ 350,000,000 ‌ ‌USD ‌ ‌to ‌ l‌ift ‌ ‌28,790‌  k‌ g ‌ ‌into‌  ‌Low ‌ ‌Earth ‌ ‌Orbit ‌ (‌LEO). ‌ ‌One ‌ ‌B330‌ ‌

weighs ‌ ‌25,000‌ ‌kg, ‌‌so ‌‌the ‌‌Delta ‌I‌V ‌‌Heavy ‌‌LV ‌c‌ an‌ c‌ arry ‌o‌ ne ‌‌unit‌ ‌at ‌a‌  ‌‌time.‌ W‌ e‌ ‌will ‌‌call ‌t‌his ‌‌the ‌‌
“B330‌|‌‌D‌ elta‌‌IV‌H‌ LV”‌‌Stack. ‌ ‌

 ‌

Matrices‌ SPACE‌‌STATION‌D‌ ESIGN‌ Page‌‌7‌‌of‌ 1‌ 2 ‌

Introduction‌t‌o‌C‌ ollege‌A‌ lgebra‌ LESSON‌‌PLAN‌ Project‌‌4 ‌ ‌
 ‌

SpaceX ‌c‌ harges ‌$‌ 50,000,000 ‌‌USD ‌‌to ‌u‌ se‌ t‌he ‌‌Falcon‌ ‌9‌ ‌LV ‌t‌o ‌l‌ift ‌2‌ 2,800‌ k‌ g‌ ‌to ‌‌LEO. ‌E‌ ach ‌‌PB/DN‌ ‌
has ‌ ‌a ‌ ‌mass‌  ‌of ‌1‌ 7,000‌ k‌ g ‌‌so ‌‌the‌ ‌LV ‌‌can‌ c‌ arry ‌o‌ ne ‌‌unit‌ ‌at ‌‌a ‌‌time,‌ ‌called ‌t‌he‌ ‌“PB/DN ‌‌| ‌F‌ alcon‌ ‌9” ‌‌
Stack.‌‌Either‌‌one,‌t‌wo,‌o‌ r‌t‌hree‌‌B330s‌c‌ an‌b‌ e‌d‌ ocked‌t‌o‌‌a‌‌PB/DN‌‌at‌t‌he‌‌same‌t‌ime ‌ ‌

 ‌
SpaceX ‌ a‌ lso ‌ c‌ harges ‌ ‌$50,000,000 ‌ U‌ SD ‌ ‌to ‌ u‌ se ‌ ‌the‌  ‌Falcon ‌ 9‌  ‌ ‌LV‌  t‌o ‌ c‌ arry ‌ t‌he‌  ‌Dragon ‌ ‌2 ‌ ‌Crew ‌‌
Capsule ‌‌to ‌‌LEO ‌a‌ nd ‌‌the ‌B‌ igelow ‌‌space ‌‌station ‌f‌or‌ h‌ alf‌ a‌  ‌y‌ ear. ‌‌SpaceX ‌a‌ lso ‌c‌ harges ‌‌$50,000,000‌ ‌
USD‌f‌or‌‌each‌s‌ eat,‌f‌or‌a‌ ‌t‌otal‌o‌ f‌$‌ 300,000,000‌‌USD‌‌for‌t‌he‌s‌ ix‌‌seats. ‌ ‌
 ‌
To ‌k‌ eep ‌‌a ‌c‌ rew ‌‌aboard ‌‌the‌ s‌ pace ‌‌station ‌y‌ ear–round ‌‌would ‌b‌ e ‌a‌  ‌‌grand ‌‌total‌ ‌of ‌‌$600,000,000‌ U‌ SD ‌‌

per ‌‌annum ‌‌for‌ t‌he‌ ‌astronauts ‌a‌ nd ‌‌$100,000,000 ‌‌USD ‌p‌ er ‌y‌ ear ‌‌for‌ ‌two‌ L‌ Vs. ‌‌We ‌w‌ ill‌ c‌ all ‌‌this ‌‌the‌ ‌
“Dragon ‌2‌  ‌|‌ ‌‌Falcon‌ ‌9” ‌S‌ tack. ‌‌Kindly ‌‌note‌ ‌that ‌‌the‌ n‌ umber‌ o‌ f ‌“‌ Dragon ‌‌2 ‌‌| ‌‌Falcon‌ ‌9” ‌‌Stacks ‌w‌ ill‌ ‌
equal‌‌to‌‌the‌‌number‌‌of‌“‌ B330‌|‌‌D‌ elta‌‌IV‌‌HLV”‌‌Stacks.‌  ‌
 ‌
To‌s‌ ummarize:‌  ‌
 ‌

● B330‌|‌‌‌Delta‌‌IV‌‌HLV‌S‌ tack ‌ ‌
○ B330‌  ‌
■ Cost:‌$‌ 125,000,000‌‌USD‌  ‌
■ Mass:‌2‌ 5,000‌k‌ g ‌ ‌
■ Pressurized‌‌Volume:‌3‌ 30‌m‌ 3‌ ‌ ‌
■ Capacity:‌6‌ ‌A‌ stronauts‌  ‌
○ Delta‌I‌V‌‌HLV ‌ ‌
■ Cost:‌‌$350,000,000‌‌USD‌  ‌

● PB/DN‌‌|‌‌Falcon‌9‌ ‌S‌ tack‌  ‌
○ PB/DN ‌ ‌
■ Cost:‌‌$75,000,000‌U‌ SD‌  ‌
■ Mass:‌‌17,000‌‌kg ‌ ‌
○ Falcon‌‌9‌‌LV ‌ ‌

■ Cost:‌$‌ 50,000,000‌‌USD‌  ‌
● Dragon‌2‌ ‌|‌‌F‌ alcon‌‌9‌‌Stack ‌ ‌

○ Dragon‌‌2‌  ‌
■ Cost‌‌per‌S‌ eat:‌‌$50,000,000‌U‌ SD ‌ ‌

■ Number‌o‌ f‌‌Seats:‌1‌ 2‌‌per‌‌year ‌ ‌
■ Total‌C‌ ost‌‌of‌P‌ assengers ‌ ‌

● $600,000,000‌U‌ SD ‌ ‌
○ Falcon‌‌9‌  ‌

■ Cost:‌‌$100,000,000‌‌USD‌p‌ er‌y‌ ear ‌
 ‌
All ‌‌of‌ ‌this ‌i‌nformation ‌c‌ an‌ b‌ e ‌‌further‌ s‌ ummarized ‌i‌n ‌‌a ‌‌table, ‌‌which ‌‌is ‌‌really‌ n‌ othing ‌‌more‌ ‌than‌ ‌a ‌‌
thinly‌‌disguised‌‌matrix.‌  ‌

 ‌

Matrices‌ SPACE‌‌STATION‌‌DESIGN‌ Page‌8‌ ‌o‌ f‌ ‌12 ‌

Introduction‌‌to‌‌College‌A‌ lgebra‌ LESSON‌P‌ LAN‌ Project‌4‌  ‌ ‌
 ‌

 ‌
 ‌

The ‌ ‌Bigelow ‌ s‌ pace ‌ s‌ tation ‌ ‌depicted ‌ ‌earlier ‌ i‌n ‌ t‌his ‌ ‌manuscript ‌ c‌ onsists ‌ o‌ f‌  t‌hree ‌B‌ 330s ‌‌and ‌‌one ‌
PB/DN.‌ ‌The ‌n‌ umber ‌o‌ f‌ “‌ Dragon ‌‌2 ‌‌|‌ F‌ alcon ‌‌9” ‌‌Stacks ‌‌needed ‌a‌ re ‌‌equal ‌‌to ‌‌the ‌n‌ umber‌ ‌of‌ ‌B330s ‌i‌n ‌‌
LEO. ‌ ‌We ‌ ‌will ‌ t‌herefore‌  n‌ eed ‌ ‌three ‌ o‌ f‌  t‌hese ‌ c‌ rew ‌ c‌ apsule ‌ s‌ tacks ‌ t‌o ‌ k‌ eep‌  ‌the ‌ ‌space ‌ ‌station ‌‌
continuously‌‌occupied.‌‌This‌‌information‌‌can‌‌also‌‌be‌‌translated‌i‌nto‌a‌ ‌1‌ x3‌m‌ atrix. ‌ ‌
 ‌
Biglow‌‌3‌S‌ pace‌‌Station‌=‌ ‌‌[Number‌o‌ f‌B‌ 330s‌ ‌Number‌o‌ f‌‌PB/DNs‌ ‌Crew‌‌Rotation]‌  ‌
 ‌

Kindly‌‌Note:‌‌the‌C‌ rew‌R‌ otation‌‌will‌a‌ lways‌‌be‌‌equal‌t‌o‌t‌he‌‌Number‌‌of‌B‌ 330s. ‌ ‌
 ‌

 ‌
 ‌

 ‌

 ‌
Summing‌‌the‌c‌ olumns‌‌yields‌t‌he‌‌total‌c‌ ost‌f‌or‌t‌he‌‌first‌y‌ ear‌o‌ f‌‌assembly‌a‌ nd‌o‌ perations.‌  ‌
 ‌
The ‌ ‌last ‌ ‌row ‌ ‌of‌  t‌he ‌ r‌esultant ‌ ‌matrix‌  r‌epresents ‌ ‌the‌  y‌ early ‌ ‌cost ‌ ‌of‌  ‌continuously ‌ o‌ ccupying ‌ ‌the‌ ‌
station.‌T‌ he‌‌total‌‌yearly‌c‌ ost‌i‌s‌‌the‌s‌ um‌‌of‌t‌he‌D‌ ragon‌2‌ ‌|‌‌F‌ alcon‌‌9‌S‌ tack. ‌ ‌
 ‌

Biglow‌‌3‌S‌ pace‌S‌ tation‌‌Total ‌ ‌

Component‌‌Cost ‌ ‌ LV‌‌Cost‌  ‌ Mass ‌ ‌ Volume‌  ‌ Crew‌S‌ ize‌  ‌

$2,250M ‌ ‌ $1,400M ‌ ‌ 92,000‌‌kg ‌ ‌ 990‌‌m‌3 ‌ ‌ 18‌  ‌

 ‌

First‌Y‌ ear‌‌Cost:‌$‌ 3,650,000,000‌‌USD ‌ ‌
 ‌
After‌t‌hat:‌$‌ 2,100,000,000‌‌USD/year‌  ‌
 ‌

 ‌

Matrices‌ SPACE‌‌STATION‌D‌ ESIGN‌ Page‌9‌ ‌‌of‌ 1‌ 2 ‌

Introduction‌t‌o‌‌College‌A‌ lgebra‌ LESSON‌‌PLAN‌ Project‌‌4 ‌ ‌
 ‌

GUIDED‌‌PRACTICE ‌ ‌
Determine ‌‌the ‌p‌ arameters ‌‌of ‌a‌  ‌B‌ igelow ‌‌7‌ S‌ pace‌ ‌Station, ‌w‌ hich ‌i‌s‌ c‌ omposed ‌o‌ f ‌s‌ even ‌‌B330s ‌‌and ‌‌
three‌‌PB/DNs‌(‌see‌i‌mage‌b‌ elow).‌  ‌
 ‌

Biglow‌7‌ ‌‌Space‌‌Station‌T‌ otal ‌ ‌ Mass ‌ ‌ Volume‌  ‌  ‌
Component‌‌Cost ‌ ‌ LV‌‌Cost‌  ‌  ‌ Crew‌‌Size‌  ‌

 ‌  ‌  ‌ Volume‌  ‌  ‌
Mass ‌ ‌ 2,310‌m‌ ‌3 ‌ ‌
 ‌ Crew‌‌Size‌  ‌
First‌Y‌ ear‌‌Cost:‌‌$__________‌U‌ SD ‌ ‌ 42‌  ‌
After‌t‌hat:‌‌$___________‌‌USD/year ‌ ‌
 ‌  ‌
ANSWER‌‌KEY ‌ ‌ Page‌1‌ 0‌‌of‌ 1‌ 2 ‌ ‌
Biglow‌‌7‌S‌ pace‌‌Station‌T‌ otal ‌ ‌

Component‌C‌ ost ‌ ‌ LV‌C‌ ost‌  ‌

$5,300M ‌ ‌ $3,300M ‌ ‌ 226,000‌k‌ g ‌ ‌

 ‌
First‌Y‌ ear‌‌Cost:‌$‌ 8,600,000,000‌U‌ SD ‌ ‌
 ‌
After‌t‌hat:‌$‌ 4,900,000,000‌U‌ SD/year‌  ‌
 ‌

CODING ‌ ‌
Constants ‌ ‌
B330=$125,000,000 ‌ ‌
DeltaIV=$350,000,000 ‌ ‌
PB/DN=$75,000,000 ‌ ‌
Dragon2=$600,000,000 ‌ ‌
Falcon9=$50,000,000 ‌ ‌

B330Mass=25,000 ‌ ‌

Matrices‌ SPACE‌S‌ TATION‌D‌ ESIGN‌

Introduction‌t‌o‌‌College‌A‌ lgebra‌ LESSON‌P‌ LAN‌ Project‌‌4 ‌ ‌
 ‌

PB/DNMass=17,000 ‌ ‌
B330Volume=330 ‌ ‌
B330CrewSize=6 ‌ ‌

 ‌
Input ‌ ‌
NumberOfB330s ‌ ‌
NumberOfPB/DNs ‌ ‌
 ‌
Output ‌ ‌

B330Cost=NumberOfB330s*B330‌  ‌
DeltaIVCost=NumberOfB330s*DeltaIV‌  ‌
B330TotalMass=NumberOfB330s*B330Mass ‌ ‌
 ‌
PB/DNCost=NumberOfPB/DNs*PB/DN ‌ ‌
Falcon9Cost=NumberOfPB/DNs*Falcon9 ‌ ‌

PB/DNTotalMass=NumberOfPB/DNs*PB/DNMass ‌ ‌
 ‌
Dragon2Cost=NumberOfB330s*Dragon2‌  ‌
Dragon2/Falcon9Cost=NumberOfB330s*Falcon9 ‌ ‌
CrewRotation=NumberOfB330s*B330CrewSize ‌ ‌
 ‌
TotalComponentCost=B330Cost+PB/DNCos+Dragon2Cos ‌ ‌

TotalLaunchVehicleCost=DeltaIVCost+Falcon9Cos+Dragon2/Falcon9Cost ‌ ‌
 ‌
TotalMass=B330TotalMass+PB/DNTotalMass ‌ ‌
TotalVolume=NumberOfB330s*B330Volume ‌ ‌
TotalCrew=NumberOfB330s*B330CrewSiz ‌ ‌
 ‌

TotalFirstYearCost=TotalComponentCos+TotalLaunchVehicleCost ‌ ‌
YearlyCost=Dragon2Cost+Dragon2/Falcon9Cost ‌ ‌
 ‌
ARTWORK ‌ ‌
Create ‌ a‌  ‌ p‌ iece ‌ o‌ f‌  a‌ rt ‌d‌ epicting ‌‌the ‌‌Bigelow ‌‌space ‌s‌ tation ‌i‌n ‌L‌ ow‌ E‌ arth ‌‌Orbit. ‌‌The‌ p‌ iece ‌s‌ hould ‌‌
include ‌ ‌some ‌ o‌ f ‌ ‌the‌  m‌ athematics ‌ ‌involved ‌ i‌n ‌ ‌this ‌ p‌ roject.‌  ‌The‌  a‌ rtwork ‌ c‌ an ‌ b‌ e ‌ m‌ ade ‌ i‌n ‌ ‌any ‌‌

medium‌  ‌that ‌ t‌he ‌ ‌student ‌ ‌desires, ‌ i‌ncluding‌  ‌drawing, ‌ v‌ ideo,‌  a‌ nimation, ‌ d‌ ance, ‌ a‌ dvertisement, ‌‌
infographic,‌‌etc.‌‌All‌a‌ rtwork‌‌will‌b‌ e‌‌collected‌‌and‌p‌ resented‌‌to‌‌the‌r‌est‌‌of‌t‌he‌‌class. ‌ ‌
 ‌
WRITING ‌ ‌
Describe ‌ ‌in ‌ d‌ etail ‌ ‌everything ‌ ‌that ‌ ‌you ‌ ‌have ‌ l‌earned‌  a‌ bout ‌ t‌he‌  B‌ igelow ‌ ‌B330 ‌ s‌ pace ‌ ‌station ‌‌
module ‌ a‌ s ‌ i‌t‌  i‌s ‌ r‌elated ‌ t‌o ‌ t‌he ‌ s‌ tudy‌  ‌of ‌m‌ atrices. ‌‌You‌ m‌ ust ‌‌use‌ ‌all ‌‌eighteen ‌v‌ ocabulary‌ t‌erms ‌‌in ‌‌

Matrices‌ SPACE‌‌STATION‌‌DESIGN‌  ‌
Page‌‌11‌‌of‌ ‌12 ‌ ‌

Introduction‌‌to‌C‌ ollege‌‌Algebra‌ LESSON‌‌PLAN‌ Project‌4‌  ‌ ‌
 ‌

your‌  ‌writing.‌  ‌The‌  a‌ ssignment ‌ c‌ an‌  b‌ e ‌ c‌ ompleted ‌ ‌in ‌ ‌any ‌ f‌ormat ‌ t‌he ‌ s‌ tudent ‌ d‌ esires, ‌ i‌ncluding‌ ‌
technical ‌ p‌ aper, ‌ ‌short ‌‌story, ‌s‌ creenplay, ‌‌poetry, ‌e‌ tc. ‌A‌ ll ‌w‌ ritings ‌‌will‌ b‌ e ‌c‌ ollected ‌‌and ‌‌presented ‌‌
to‌‌the‌r‌est‌‌of‌‌the‌c‌ lass. ‌ ‌

 ‌
DISCUSSION‌‌TOPICS‌  ‌

● Who‌‌is‌‌Robert‌‌Bigelow?‌  ‌
● What‌‌do‌y‌ ou‌‌think‌i‌t‌w‌ ould‌f‌eel‌l‌ike‌t‌o‌l‌ive‌i‌n‌a‌ ‌s‌ pace‌s‌ tation‌‌for‌s‌ ix‌‌months? ‌ ‌
● Where‌‌on‌E‌ arth‌‌is‌3‌ 6.212‌o‌ ‌Latitude‌‌and‌–‌ 115.169o‌‌ L‌ ongitude? ‌ ‌
● When‌d‌ id‌‌the‌‌Bigelow‌i‌nflatable‌‌space‌‌station‌‌component‌f‌irst‌‌fly‌‌into‌‌space? ‌ ‌
 ‌
ADDITIONAL‌‌RESOURCES ‌ ‌
● Bigelow‌‌Aerospace‌  ‌

○ https://www.bigelowaerospace.com/ ‌ ‌
● United‌‌Launch‌‌Alliance ‌ ‌

○ https://www.ulalaunch.com/‌  ‌
● SpaceX ‌

○ https://www.spacex.com ‌ ‌

● Youtube ‌ ‌
○ https://www.youtube.com/results?search_query=bigelow+aerospace ‌ ‌

● Graphic‌‌Design‌  ‌
○ https://www.canva.com ‌ ‌

○ https://www.lunapic.com ‌ ‌
 ‌
HANDOUTS ‌ ‌

● Worksheet ‌ ‌
○ Formulas,‌C‌ onstants,‌a‌ nd‌‌Conversions ‌ ‌

● Formative‌A‌ ssessment ‌ ‌
○ Matrices ‌ ‌
○ Space‌S‌ tation‌D‌ esign ‌ ‌

● Summative‌A‌ ssessment ‌ ‌

 ‌
 ‌

 ‌
 ‌
 ‌
 ‌

END‌O‌ F‌‌LESSON‌P‌ LAN ‌ ‌

Matrices‌ SPACE‌S‌ TATION‌D‌ ESIGN‌  ‌
Page‌1‌ 2‌‌of‌ 1‌ 2 ‌ ‌



Project 4
Space Station Design

Copyright © 2021 – 2022 Joe Maness and Richard Kerry Holtzin, Ph.D. All rights reserved.


Click to View FlipBook Version