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