Космическая теплица
вырастим свежую зелень прямо в космосе!
Зачем в космосе нужна теплица?

Темп развития технологий неумолимо растет. Буквально 60 лет назад никто и не думал, что человек сможет хотя бы долететь до космоса. Но сегодня мы видим, что люди не только добрались до него, но и начали жить на орбите. Посмотрите только на космонавтов с МКС!


Дальше - больше, люди уже мечтают о том, как они будут покорять другие планеты! Но для того, чтобы долететь хотя бы до Марса, нужно как минимум 7 месяцев. Если подумать, то сколько понадобится взять с собой еды, чтобы прокормить космонавтов во время такого долгого путешествия?


Правильный ответ - настолько много, что она просто не поместится на космическом корабле, а если и поместится, то кто гарантирует, что не произойдет такая же ситуация, как в "Марсианине"?

Для тех, кто пока не знает, что такое МКС, расшифруем:

МКС - это международная космическая станция
Кто это придумал?
Впервые высказал эту идею прародитель мировой космонавтики, человек, чьи работы уважает даже сам Илон Маск, и просто безумый мечтатель - Константин Эдуардович Циолковский!

Именно в его книге "Вне Земли" можно прочесть рассуждения на тему, что людям нужно самостоятельно обеспечивать себя едой во время далеких путешествий, а также встретить описание "орнажереи", которая летает в космосе рядом с космическим кораблем.

Конечно, пока растения в космосе выращивались только непосредственно внутри станций, но кто нам мешает изменить это?
Цель кейса
Создать макет космической теплицы, которая смогла бы функционировать в условиях открытого космоса как дополнительный модуль МКС
Техническое задание


Тебе предстоит сделать макет теплицы, который будет представлять из себя уменьшенную копию (соотношение 1:10) предполагаемого модуля для МКС. При этом стыковочные узлы и систему жизнеобеспечения разрабатывать не нужно. А чтобы у тебя все, получилось мы даем тебе техническое задание (параметры, которым должен соответствовать твой макет):


  • Цилиндрическая или призматическая форма
  • Диаметр 50 см
  • Длина не менее 100 см
  • Должен обеспечивать установленный температурный режим
  • Должен поддерживать необходимый уровень влажности
  • Должен быть герметичным и иметь возможность функционировать в условиях открытого космоса
  • Должен освещать растения, когда космическая станция проходит по темной части орбиты
  • Есть система дистанционного управления
  • Есть система энергопитания, которая может обеспечить теплицу энергией без посторонних источников минимум 30 минут
  • Система подачи воды и питательных веществ к корням
Задачи
которые предстроит решить, чтобы воплотить проект в жизнь
Изучить условия жизни растений
Собрать корпус теплицы
Запрограммировать и разместить в корпусе электронику
Подготовить презентацию для защиты проекта
Материалы
Для корпуса
  • Оргстекло
  • Пластиковые уголки
  • Винты
  • Трубы
Электронные компоненты
  • Ардуино UNO
  • Датчик температуры и влажности DHT11
  • Элемент Пельтье
  • Кулер
  • Радиатор
  • Датчик влажности почвы
  • Датчик уровня воды
  • Насос
  • Реле
  • Часы реального времени
  • Датчик освещенности
  • Светодиодная лента
  • MicroUSB плата заряда Li-Ion
  • Аккумуляторы
Растения
  • Каменная вата
  • Семена салата-латука
  • Два пластиковых контейнера
  • Пульверизатор
Этапы проекта
Этап 1
Изучение проблемы

А сейчас давай подумаем: с чего бы начать? На первом этапе самым лучшим вариантом будет погрузиться в проблематику проекта, посмотреть аналоги и материалы по данной теме. Ты можешь посмотреть интересные видео, которые помогут тебе понять, что все-таки мы будем делать ;)
Посмотрев это видео, ты узнаешь, как же растут растения в невесомости
А если посмотришь это видео, то тебе расскажут об экспериментах над растениями в космосе
Полезные ссылки
Чтобы сделать хороший проект, нужно быть подкованным теоретически
Растения в космосе. Что и как выращивают на МКС
https://www.aogarden.ru/news/rasteniya-v-kosmose-chto-vyrashchivayut-na-mks/
Сельское хозяйство в космосе
https://habr.com/ru/post/395689/
Растения в космосе: инструкция по применению
https://biomolecula.ru/articles/rasteniia-v-kosmose-instruktsiia-po-primeneniiu
Этап 2
Собрать корпус теплицы

На этом эпапе тебе нужно будет придумать конструкцию космической теплицы, продумать расположение всех систем внутри и, собственно, собрать её.
Как собрать корпус теплицы
1
Продумай конструкцию космической теплицы
Учти, что она будет функционировать в условиях космоса. Что для этого нужно? Как будет попадать свет? Как будут располагаться растения внутри? Как обеспечить герметичность? Нужны ли резервуары для воды? В конце этого шага у тебя должен получиться или чертеж внешнего вида теплицы, или её 3D-модель (рекомендовано)
2
Продумай каждую систему и их расположение внутри
На этом этапе тебе предстоит продумать, какие системы необходимы для автономного функционирования теплицы. Подробно распиши функционал каждой их них, что должно в неё входить и то, где все будет располагаться.

*Совет: приступай к разработке системы энергопитания в конце, чтобы рассчитать энергопотребление всей электроники и правильно подобрать аккумуляторы и входной ток.
3
Собери корпус космической теплицы
Когда ты все продумал и решил, где и как все будет находиться внутри теплицы, можешь приступать к сборке корпуса. Потом, по мере готовности, нужно будет расположить в нем функционирующие системы.
А это примеры для вдохновения)
Этап 3
Запрограммировать электронику

Последним и самым сложным этапом является программирование электроники. Как ни странно, без электроники теплица не сможет самостоятельно функционировать в космосе. На этом этапе тебе предстоит познакомиться со средой arduino IDE, научиться программировать сначала отдельные датчики и устройства, а потом написать единый скетч для всей электроники теплицы
Что делать, если я не знаю, как программировать?

Ниже увидишь кнопку, как только ты на неё нажмешь - попадешь на курс по программированию на arduino. Там тебя познакомят с этим замечательным микроконтроллером и расскажут основы языка С

А теперь поэтапно
знания есть, но что теперь делать?
1
Выбрать компоненты
Для начала распиши задачи, которые выполняет твоя космическая теплица (можно посмотреть в ТЗ). Для каждой задачи подбери нужный датчик и устройство, которое будет регулировать измеряемый параметр.

*Например: для поддержания заданной температуры нужны: датчик температуры, чтобы отслеживать этот параметр, и какой-нибудь нагревательный элемент, чтобы регулировать его.
2
Подключить компоненты к ардуино на макетной плате
Теперь тебе нужно поподробней познакомиться с каждым датчиком, а именно узнать, как его подключить к ардуино. Ниже будут полезные сайты, на которых есть информация про каждый датчик.
3
Программирование
Как только все подключено, можно приступать к самому интересному - программированию! Если ты внимательно прошел курс, то этот шаг не вызовет у тебя проблем.

Для начала стоит написать мини-скетчи для каждого датчика и понять, как ими управлять.

Затем перейти к общему коду: добавить условия, при которых устройства срабатывают, сделать из кучи электроники один слаженный механизм.
4
Спаять электронику
Последнее, что нужно сделать - это спаять нужные проводочки и разместить всю электронику в корпусе теплицы.

На макетной плате, конечно, очень удобно собирать электронику в единое целое, но поверь, будет очень неприятно, когда все это разлетится из-за плохого соединения! Поэтому берем паяльник в руки и идем спаивать все, что может развалиться. Лучше всего сделать это на единой плате, чтобы не мучаться потом с проводами)
Полезные сайты
Это специальные сайты об ардуино, здесь можно найти практически все об электронике, связанной с ардуино
Сайты-справочники по ардуино:
  • http://wiki.amperka.ru/
  • https://voltiq.ru/wiki/
  • https://3d-diy.ru/wiki/
Сайты с подобными проектами:
  • https://alexgyver.ru/gyvercontrol/
  • https://lesson.iarduino.ru/page/smart_greenhouse/
  • https://habr.com/ru/post/536666/
  • https://usamodelkina.ru/12723-gidroponika-pod-upravleniem-arduino.html
Этап 4
Подготовить презентацию

Ура! Это последний этап твоего проекта. Тебе осталось провести небольшой эксперимент и подготовить презентацию для защиты перед экспертами
Эксперимент
Как только ты довел свою космическую теплицу до рабочего состояния, наступает момент истины: тебе нужно проверить, насколько хорошо в ней растениям. Для этого высади две рассады, одну в теплице, а вторую прямо в грунте на улице. Нужно будет сравнить, где ростки появились раньше, где больше ростков взошло, и посмотреть на их качество (внешний вид). Это и есть эксперимент, опираясь на него можно построить графики и проанализировать, насколько качественно ты построил теплицу
Ниже ты увидишь кнопку: нажми на нее, и попадешь на гугл-диск с шаблоном презентации и требованиями по презентации.


Пусть твое выступление поразит всех!

Критерии оценки результатов
Соответствие ТЗ
Твой кейс должен соответствовать всем пунктам технического задания. За каждый из пунктов будет начисляться определенное количество баллов.

Всего за критерий: 30 баллов
Командная работа
В течение работы над проектом, от начала до конца, будут проходить промежуточные проверки того, как ты и твоя команда работаете. Будут учитываться такие моменты, как быстро твоя команда решает поставленные задачи и как хорошо были распределены обязанности.

Всего за критерий: 30 баллов
Результаты эксперимента
Баллы можно будет получить за проведение самого эксперимента, который докажет работоспособность твоего проекта, и за результаты (графики, таблицы сравнения, видео), которые покажут в цифрах эффективность твоей работы

Всего за критерий: 20 баллов
Защита
Этим критерием будет оцениваться содержимое твоей презентации, насколько отражена в ней суть проекта и насколько команда разбирается в проекте

Всего за критерий: 20 баллов