Весной этого (2021) года Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Дмитрия Фёдоровича Устинова представил студентам возможность принять участие в конкурсе по созданию новой роботизированной теплицы «Space Green Work».
Пожалуй, никто не будет оспаривать тот факт, что вклад нашей страны в освоение человечеством космических полетов огромен. Однако только наличие высококвалифицированных специалистов различных профилей позволило нашей стране занять лидирующие позиции в космической сфере и оставаться на них по сей день. По этой причине для нашего университета 2021 год является особенно знаменательным своими датами: 12 апреля – 60 лет полету Юрия Алексеевича Гагарина, первого человека в космосе, и 25 мая – 90 лет со дня рождения Георгия Михайловича Гречко, дважды героя Советского Союза, выдающегося летчика – космонавта и выпускника Ленинградского военно-механического института. А кроме этого 2021 год, объявлен годом науки и технологий в России, поэтому традиционно, отмечая памятные даты, в нашем университете объявлен новый научный конкурс для обучающихся по созданию новой роботизированной теплицы «Space Green Work».
Долгий путь, полный новых открытий, знаний о существовании Вселенной и возможностей для развития жизни, а потому такой притягательный, начался в тот момент, когда Человек, осознав себя, принялся изучать окружающую его действительность сначала посредством природных органов чувств, а после – созданных им орудий и инструментов.
С развитием человечества неуклонно совершенствовалась система знаний о космическом пространстве, небесных телах и положении Земли среди них. Технологический, социальный и экономический прогресс человечества создавал предпосылки для улучшения имеющихся и изобретения новых инструментов познания. Это позволило постепенно перейти от чистых предположений передовых философов об устройстве Вселенной к научно обоснованным фактам и моделям.
Вполне закономерным стало появление людей, которые в силу отсутствия практических средств покорения космического пространства, могли об этом только мечтать, подобно первобытному Человеку, впервые взглянувшему на ночное небо. Однако, в отличие от далеких предков, многие из этих мечтателей, имея богатую базу знаний о Мире, законах его существования, решились придать форму своим мечтам.
Одним из главных таких мечтателей стал Константин Эдуардович Циолковский, который придал своим мечтам форму рукописей. В них он изложил те цели, задачи и возможности пребывания Человека в космическом пространстве, которые видел сам. Также Константин Эдуардович не только определил задачи, которые необходимо решить для осуществления космических полетов, но и довольно подробно описал средства и способы их возможного решения. Таким образом, Циолковский преобразовал свои мечты в фундаментальную базу теоретических сведений и идей, на основании которой стала реальной практическая реализация полетов в космос.
В одной из своих рукописей Константин Эдуардович писал: «Первая техника и все необходимое: машины, жилища и оранжереи, растения – все должно быть с Земли. Уже потом мы будем производить все сами: не только то, что получили с Земли, но и большее». Иными словами, одной из первостепенных задач по обеспечению длительного и практически независимого существования человека в космосе Циолковский видел наличие оранжерей с растениями, как составляющих замкнутой экологической системы. Экспериментами по созданию сравнительно небольшой по массе оранжереи еще в 1915-1917 годах занимался Фридрих Артурович Цандер.
 Схема космической оранжереи в одной из рукописей К.Э. Циолковского [1] |
 Схема космической оранжереи из рукописи К.Э. Циолковского «Альбом космических путешествий» (1933 г.) [2] |
В 1960 году был запущен второй космический корабль-спутник, на борту которого находились растительные объекты, с этого эксперимента берет свое начало практическая реализация идей пионеров-теоретиков под руководством Сергея Павловича Королёва. В 1962 году Главным конструктором была намечена программа ботанических и агротехнических исследований в космосе, что ознаменовало дальнейшую работу по сбору и накоплению знаний в области существования и развития растений в условиях космического полета. Также по инициативе Королёва в Красноярске был создан экспериментальный замкнутый биотехнический комплекс «Биос», предназначенный для изучения жизни человека в условиях экологически замкнутой системы, и получения бесценного опыта в проектировании и создании подобных систем.
«Биос» позволил на Земле проверить все системы, обеспечивающие жизнедеятельность человека, прежде чем создавать подобные системы для космических аппаратов, провести ряд опытов с людьми, самый долгий из которых длился 180 суток, и добиться замыкания биотехнической системы по атмосфере и воде на 82-95%.
Экспериментирование с ростом и развитием различных растений в условиях космоса, главным образом – в условии отсутствия гравитационного воздействия, было следующим шагом на пути к созданию космической оранжереи. Свойство растений реагировать на воздействие силы тяжести (геотропизм) было подтверждено еще в земных условиях с помощью центрифуги, однако о том, как будут существовать растения в условиях отсутствия силы тяжести, можно было только предполагать.
Опыты по выращиванию гороха проводил Георгий Михайлович Гречко на станции Салют-4. В ходе эксперимента были получены взрослые растений, у которых отсутствовали цветы, что говорило о невозможности их репродукции. Сам Георгий Гречко одним из первых отметил, что космонавты получали огромную психологическую поддержку у растений. Многие дальнейшие эксперименты по культивированию растений в длительных космических экспедициях также оканчивались неудачей: у растений не удавалось получить ни семян, ни цветов.
 Бортинженер космического корабля «Союз-17» Георгий Михайлович Гречко, 1975 год / Фото: Александр Моклецов [3] |
 Проростки гороха и пшеницы, взошедшие в невесомости в установке «Оазис» [4] |
 Установка «Оазис-1» в Мемориальном музее космонавтики [1] |
Первый, по-настоящему успешный эксперимент был проведен с растениями арабидопсиса, которые зацвели в камере установки «Светоблок» на борту станции Салют-6. Впоследствии космонавтами Березовым А. Н. и Лебедевым В. В. опыт с арабидопсисами был повторён на станции Салют-7, и снова успех: 2 августа 1982 года Лебедев сообщил о появлении большого количества бутонов и первых цветов. Это стало доказательством того факта, что выращивание в условиях космоса растений, практически не отличающихся от земных, возможно.
 Установка «Светоблок», в которой арабидопсис впервые зацвел [4] |
 Малая орбитальная оранжерея «Фитон», в которой арабидопсис впервые прошел полный цикл развития и дал семена [4] |
Позже были проведены еще множество экспериментов с растениями на станции «Мир» и МКС, эксперименты по выращиванию растений на астероидном и марсианском грунте, которые также завершились успехом.
Оборудование оранжереи «Лада» на борту МКС[5]
Но вернемся к конкурсу, организованному в Военмехе, для новых мечтателей и будущих покорителей космоса.
Участникам необходимо высказать и оформить свои мысли и идеи по вопросу создания автоматизированной теплицы в виде технического задания, на основании которого впоследствии будет проводиться проектная деятельность по созданию космической оранжереи.
Участникам предлагается обратиться за информацией к трудам таких мечтателей как Константин Эдуардович Циолковский, Фридрих Артурович Цандер, Александр Романович Беляев и многих других, задолго до нас высказавших идеи, которые сейчас кажутся вполне реализуемыми.
В процессе выполнения проекта от участников потребуется определить, каким образом будет протекать процесс выращивания растений в теплице, сформулировать проблемы, связанные с выращиванием растений в условиях космоса, методы их решения, найти и изучить информацию об аналогичных существующих или проектируемых автоматизированных системах. Студенты должны будут решить вопрос отбора культур для выращивания в теплице, тем самым определив рацион будущих космонавтов, его количество и трудоемкость выращивания. Немаловажным вопросом, решение которого также останется за командами, является вопрос требований, предъявляемых к работе технических систем: требования по частоте ремонта, замены деталей и узлов, требование по различным воздействиям на человека и растения и тому подобное. Также участникам конкурса предстоит проанализировать выбранную модель выращивания растений, структуру и принцип работы аналогичных систем, и, в соответствии с этим, определить состав функциональных элементов роботизированной теплицы. В заключение команды должны будут сформулировать пункты технического задания на проведение опытно-конструкторской работы по созданию автоматизированной робототехнической теплицы, опираясь на определенный состав функциональных элементов, с учетом физических условий космоса. На помощь молодым исследователям организаторы позвали специалистов из Научно исследовательского испытательного центра подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина, с кафедры плодоовощеводства и декоративного садоводства Санкт-Петербургского государственного аграрного университета и института медико-биологических проблем Российской академии наук.
Этот конкурс позволит каждому студенту, который стремится узнавать новое, применять полученные знания на практике, реализовывать свой конструкторский потенциал, проявить себя, получить бесценный опыт работы с информацией, проведения проектного исследования и проектирования технического задания, зарекомендовать себя как творческого человека, способного на создание чего-то нового.
Данил Рябошапко
ЦНТТС
Список источников информации
- Космические грядки: что и зачем выращивают в космосе? [Электронный ресурс] // Наука просто. URL: https://nauka-prosto.ru/page/kosmicheskie-gryadki-chto-i-zachem-vyraschivayut-v-kosmose/ (дата обращения: 11.03.21);
- Константин Эдуардович Циолковский. Путь к звездам [Электронный ресурс] // TheLib.Ru. URL: https://thelib.ru/books/ciolkovskiy_konstantin/put_k_zvezdam_sbornik-read-32.html (дата обращения: 11.03.21);
- "Бог меня хранил". Памяти космонавта Георгия Гречко [Электронный ресурс] // Миртесен. URL: https://sovsojuz.mirtesen.ru/blog/43909264377/Bog-menya-hranil.-Pamyati-kosmonavta-Georgiya-Grechko (дата обращения: 11.03.21);
- Машинский А. Рождение космического растениеводства [Электронный ресурс] // Журнал «Техника-молодежи». – 1983. - №4. – С. 2-7. – URL: https://testpilot.ru/espace/bibl/tm/1983/4-kos-ras.html (дата обращения: 10.03.21)
- Растения научат человека бороться со стрессом в космосе [Электронный ресурс] // Наука и жизнь. URL: https://www.nkj.ru/news/24049/ (дата обращения: 11.03.21).
