Номинация

Эксперимент в космосе

РАСТЕНИЯ В КОСМОСЕ

Сергеева Анастасия

Средняя общеобразовательная школа №6

Научный руководитель:

учитель физики

СОШ № 6 г. Шумерля

г. Чебоксары, 2010

Основополагающий вопрос:

Насколько важно выращивать в космосе растения и строить для них теплицы, оранжереи?

Цель: Узнать о поведении наших «зеленых братьев» в космосе.

Задачи:

Изучить мнение ученых, космонавтов о строительстве в космосе теплиц и оранжерей; Узнать о современных возможностях создания теплиц и оранжерей в космосе; Составить собственное рассуждение на эту тему и сформулировать выводы.

Методы исследования:

1. Поиск и сбор материала (Книги, Интернет-ресурсы, фотоматериалы).

2. Свой эксперимент с выращиванием фасоли;

3. Оформление исследовательской работы.

Полученный результат:

Исследовательская работа,

Введение……………………………………………………………………………………………….3

Основная часть:

«Лада» - маленькая, да удаленькая………………………………………………..............................4

Надежды и разочарования…………………………………………………………………………....5

Поиски ведут к успеху………………………………………………………………………………..6

К внеземным оранжереям будущего………………………………………………………………...7

Не только полезно выращивать растения, но и выгодно!................................................................7

Мутаций нет…………………………………………………………………………………………...8

Как много значит для человека природа, общение с ней!..............................................................10

Практическая часть. Эксперимент с фасолью…………………………………………………10

Заключение………………………………………………………………………………………….11

Библиографический список…………………………………………………………………….....11

Приложения………………………………………………………………………………………….12

Введение

Еще показал необходимость использования высших растений в качестве средства, призванного обеспечить дыхание и питание людей в длительных внеземных полетах. В трудах гениального ученого мы находим первые «технические условия» на создание космических оранжерей и жилых орбитальных сооружений с замкнутым экологическим циклом. А еще в 1915-1917 годах в своей московской квартире начал ставить эксперименты по созданию, как он говорил, оранжереи авиационной легкости. Во второй половине ХХ в. биология вышла за пределы земных проблем: биологические исследования стали проводиться и в космосе. То, о чем мечтали теоретики космонавтики, стало претворяться в жизнь под руководством. Эксперименты по воздействию факторов космического полета на растительные объекты начались в 1960 году на втором космическом корабле-спутнике. Тогда совершили свой полет и успешно возвратились на Землю традесканция, хлорелла, семена различных сортов лука, гороха, пшеницы, кукурузы. Культуры хлореллы летали в космос и на пилотируемом космическом корабле «Восток-5». После этого растительные организмы путешествовали в космос на всех наших космических кораблях, орбитальных станциях и биоспутниках серии «Космос». В 1962 году Главный конструктор наметил целую программу ботанических и агротехнических исследований в космосе и вскоре по инициативе Главного конструктора в Красноярске появился экспериментальный замкнутый биотехнический комплекс «Биос». Длительное время испытатели обеспечивались в нем кислородом, растительной пищей и водой за счет систем жизнеобеспечения с участием высших растений и микроводорослей.

Итак, выращивание растений - очень важный шаг в космонавтике. И в дальнейшем он поможет освоить другие планеты Солнечной Системы, а может, и всей Галактики. Люди смогут в будущем жить вне Земли.

«Лада» - маленькая, да удаленькая

В лаборатории биологических систем жизнеобеспечения Института медико-биологических проблем (ИМБП) разработали космическую тепличку – «Ладу», рассчитанную на 60 Вт, стоящую 50 тысяч долларов. if(docid!=221589){toggleElement("anons221589");} Глядя на маленькую, размером с микроволновку установку, дилетанту не понять, во что там вложены такие деньги. "Лада" состоит из собственно теплицы, снабженной двумя мини-компьютерами, блоками выращивания, емкостей для воды. Первым на борту МКС зацвел зеленый японский салат Мизуна. Сотрудник лаборатории, доктор биологических наук Маргарита Левинских выбрала растение из сотен других за неприхотливость, быстроту роста, вкусовые качества и большое содержание витаминов . Салат оправдал доверие: на борту МКС он пользуется огромным успехом. Командир российского экипажа Валерий Корзун, первым снявший дегустацию космического растения, признался, что готов был съесть весь кустик.

Подобные эксперименты российские специалисты проводят уже не первый год. На борту станции "Мир" в оранжерее "Свет", например, длительное время росла пшеница. Были планы продолжить опыты на других злаковых. Космонавты даже шутили, что скоро будут печь хлеб в космосе… Увы, уникальная аппаратура "Мира" погибла в океанских водах, однако опыт работы остался. Он и был использован при разработке "Лады".

"Это живой, постоянно развивающийся эксперимент, - рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории, кандидат технических наук Игорь Подольский. - По возможности мы будем досылать на МКС новые корневые модули, менять освещение, саму программу… Таким образом, собираемся исследовать влияние факторов космического полета на рост и развитие растений, отрабатывать технологии их культивирования в условиях космического полета. Ведь там все иначе, чем на Земле".

Возникает вопрос: а зачем вообще все это нужно? Разве на родной планете мало заброшенных полей, где можно выращивать тот же салат или горох не крошечными кустиками, а целыми плантациями?

"Если мы сочтем целесообразным освоение человеком космического пространства, то признаем и важность создания биологических систем жизнеобеспечения, - говорит Подольский. - Люди без растений долго не протянут. Чтобы длительно существовать вне Земли, нужны "зеленые братья". Это и пища, и мощный психологический фактор. Если среди металла на борту станции теплится маленький зеленый кустик, космонавт не так тоскует по дому. Кроме того, это тест на состояние окружающей среды: известно, что растения более ранимы к внешним факторам, чем животные. На станции "Мир" пшеница долго плохо росла. Причина выяснилась случайно: на станции появились установки по сжиганию метана, а заодно с ним снизилось содержание в воздухе этилена, - растение вдруг вовсю заколосилось. Космонавты не чувствовали повышенного содержания этих веществ, а вот пшеница хворала".

Маргарита Левинских считает, что растения каким-то образом улавливают эмоциональную информацию из внешнего мира. А в космосе человек и растения становятся более привязанными друг к другу.

Связь с живой природой помогает оставаться людьми даже вдали от голубой планет. Все как у Маленького принца Экзюпери, который нежно любил свою розу, думая, что она - единственная на целом свете. Для него так оно и было, хотя вдали, на другой планете, росли целые сады таких же роз". Существует мнение, что "космические семена" приобретают необычайные лечебные и питательные свойства, могут исцелить тело и душу человека. "На самом деле подобной информацией мы пока что не располагаем, - говорит Подольский. - Хотя, возможно, в недалеком будущем откроются не менее фантастические перспективы. Американские ученые уже пытаются создавать наземные модули оранжерей для выращивания растений на других планетах. Есть подобные разработки - правда, пока на бумаге - и у российских ученых. Так что, похоже, мечты отца отечественной космонавтики Константина Циолковского о космических поселениях когда-нибудь сбудутся.

Надежды и разочарования

В 1971 году на корабле «Союз-10» за пределы Земли отправилась установка «Вазон» с двумя тюльпанами. Но, к сожалению, стыковки со станцией «Салют» не произошло, распустившиеся цветы могли наблюдать уже на Земле лишь специалисты группы поиска.

На орбитальной станции «Салют-4» стоял довольно совершенный «Оазис», снабженный телеметрической и кинорегистрирующей системами. Исследования велись с горохом.

Поначалу многое не ладилось, - рассказывает космонавт Георгий Гречко.

Вода не поступала туда, куда было нужно, затем стали срываться огромные капли, и за ними пришлось гоняться с салфетками. Но в целом эксперимент удался, были получены взрослые, двадцатитрехдневные растения. Правда, цветов не было, но фильм с замедленной съемкой динамики роста растений снять удалось. Именно Гречко одним из первых свидетельствовал о психологической поддержке, которую космонавты получали у растений. Сам он, особенно к концу полета, старался при каждом удобном поводе подплыть к оранжерее, чтобы лишний раз бросить взгляд на зеленых друзей. Иногда он ловил себя на том, что делает это неосознанно.

Проведенный на Земле анализ показал, что, несмотря на внешнее сходство с контрольными, растения отличались по структуре клеток, биохимическому составу, ростовым характеристикам. Это, казалось, подтверждало скепсис тех ученых, которые и до того уже сомневались в возможности нормального роста растений в условиях невесомости. Дальнейшие эксперименты по культивированию растений в длительных космических экспедициях тоже не принесли ничего утешительного. У пшеницы и гороха никак не удавалось получить не только семян, но даже цветов. На стадий их образования растения просто погибали. И этот факт давал основание говорить о принципиальной невозможности роста и развития растений в условиях космического полета. Тогда-то к решению проблемы и подключились опытные научные коллективы , возглавляемые академиком, академиком АН Литовской ССР и академиком АН Украинской ССР. Прежде всего решили выяснить, влияет ли тут именно невесомость или же другие факторы, например, технология культивирования. Ведь сама эта технология для столь необычных условий еще только создавалась. А на нее-то невесомость оказывала явное влияние. Ведь при отсутствии гравитации водо - и газообмен у растений происходит по-иному, возникает проблема отвода метаболитов и обеспечения нужного теплового режима, поскольку естественная конвекция тоже отсутствует. Вновь попытались вернуться к культивации растений, в лукавицах которых сосредоточен почти полный запас необходимых для развития веществ.

Летом и осенью 1978 года во время полета космонавты В. Коваленок и А. Иванченков выращивали лук двумя способами: научным и, «как в деревне Белой», откуда был родом командир корабля.

Лук растет в двух сосудах, один по вашей методике, а другой по моей, крестьянской, - докладывал В. Коваленок. - Если его сверху не обрезать, то он начинает гнить, а если подрезать, растет хорошо, не гниет. В репортаже по телевидению командир шутил: «Сельхозтехника лучше работает, это мы проверили в результате соцсоревнования. Наш лучок-то растет быстрее, чем научный!» Но увы, ни по той, ни по другой методике строптивое растение до цветения довести так и не удалось.

На следующий год в Главном ботаническом саду АН СССР в установке под названием «Лютик» подготовили для выгонки на борту станции «Салют-6» тюльпаны. Им оставалось только распуститься в космосе, но этого-то они и «не захотели» сделать. Почему - понять до сих пор не удалось. Аналогичная установка почти в то же время побывала на Северном полюсе. И когда там появилась лыжная экспедиция под руководством И. Шпаро, тюльпаны порадовали отважных путешественников ярким пламенем своих цветов.

Поиски ведут к успеху

Но почему же растения так и не цветут? Чтобы ответить на этот вопрос, во время последних экспедиций на «Салюте-6» и на новой станции «Салют-7» было проведено много экспериментов с целым набором оригинальных устройств для культивирования растений. Вот их перечень: малая орбитальная оранжерея «Фитон» на борту станции «Салют-7», где впервые арабидопсис прошел полный цикл развития и дал семена, малая орбитальная оранжерея «Светоблок», в ней на борту станции «Салют-6» арабидопсис впервые зацвел, бортовая оранжерея «Оаэис-1А» станции «Салют-7», бортовая установка «Биогравистат» с вращающимися и неподвижными дисками для экспериментов по проращиванию семян в условиях искусственной силы тяжести. Конструкторы и ботаники предусмотрели систему дозированного полуавтоматического полива, аэрации и электростимулирования корневой зоны, смены перемещения вегетационных сосудов с растениями относительно источника автономного освещения.

Нужно было помочь растениям справиться с невесомостью. Прежде всего в «Оазисе» попытались применить стимуляцию электрическим полем. При этом исходили из предположения, что геотропическая реакция связана с биоэлектрической полярностью тканей, вызванной электромагнитным полем Земли. В космических экспериментах это предположение подтвердилось лишь частично.

Исследования велись и в других направлениях. Например, проростки некоторых растений выращивались на небольшой центрифуге «Биогравистат». Она создавала на борту корабля постоянное ускорение до 1 g. Оказалось, что в физиологическом смысле центробежные силы адекватны силе тяжести. В центрифуге проростки отчетливо ориентировались вдоль вектора центробежной силы. В стационарном блоке, напротив, наблюдалась полная дезориентация всходов.

А в устройстве «Магнитогравистат» изучалось ориентирующее действие другого фактора - неоднородного магнитного поля. Его влияние на проростки креписа, льна, сосны тоже компенсировало отсутствие гравитационного поля. Словом, упорству исследователей можно было позавидовать. Наконец, пришел успех. И выпал он на долю маленького, невзрачного растения арабидопсиса. Имея цикл развития всего около 30 дней, оно прекрасно растет на искусственных почвах. Во время последней экспедиции на «Салюте-6» арабидопсисы зацвели в камере установки «Светоблок». На станции «Салют-7», где работали А. Березовой и В. Лебедев, эксперимент по культивированию арабидопсиса подготовили особенно тщательно. Там была герметичная камера «Фитон-3» с пятью кюветами и своим . В кюветах - субстрат из агара, содержащий до 98% воды. По мере роста растений они могли отодвигаться от источника света. Семена с помощью сеялки-пушки посеяли сами космонавты. Вначале растения росли медленно. Но вот 2 августа 1982 года В. Лебедев сообщил:

Появилось много, много бутонов и первые цветы. Прибывшей на станцию Светлане Савицкой космонавты вручили небольшой букетик из цветов арабидопсиса. Она тщательно зарисовала его. При подсчете на Земле в стручках обнаружили 200 семян.

Этот опыт опроверг мнение о невозможности прохождения растениями в невесомости всех стадий развития - от семени до семени.

Правда, арабидопсис - самоопылитель, оплодотворение у него происходит еще до раскрытия бутона. Но все же успех огромен. И это успех не только научного коллектива Института ботаники АН Литовской ССР, возглавляемого академиком, но также космонавтов Анатолия Березового и Валентина Лебедева. Теперь можно говорить, что космическое растениеводство родилось практически, и оценивать его перспективы.

К внеземным оранжереям будущего

Вернувшийся из 211-суточного полета Валентин Лебедев на вопрос: - Нужна ли в длительном полете оранжерея? - ответил так: - Без сомнения, нужна. Ухаживая за растениями, ремонтируя и кое в чем совершенствуя ботанические установки, мы поняли, что без растений длительные космические экспедиции невозможны. Перед возвращением на Землю растения просто жалко было вырывать. Вынимали мы их очень осторожно, чтобы не повредить ни одного корешка.

Такие оранжереи, - считает космонавт, - займут целые отсеки внеземных станций. Ведь растениям нужна иная атмосфера, нежели людям, - с повышенным содержанием углекислоты и водяных паров. Наверное, другой должна быть и оптимальная для получения наибольшего урожая температура, а также продолжительность светового дня. А главное - им нужен настоящий солнечный свет.

Делать очень большие иллюминаторы или же целые стеклянные стены пока технически невозможно. Видимо, наряду с некоторым увеличением размеров иллюминаторов следует применить зеркальные концентраторы. Собранный ими и направленный внутрь отсека световой поток можно будет через систему световодов подводить к растениям подобно тому, как к ним подводится влага с питательными веществами. Вот тогда и исполнится предсказание Циолковского о том, что при подборе самых урожайных культур и оптимальных условий для их развития каждый квадратный метр внеземной плантации сможет полностью прокормить одного жителя космического поселения.

Все мы уверены, что так и будет!

Не только полезно выращивать растения, но и выгодно!

Чтобы растение успешно развивалось и давало больше плодов, одной богатой почвы недостаточно. Хорошо известно: чем больше листьев будет освещено солнечными лучами, тем больший урожай принесет растение осенью. Однако в посевах верхние листья, как правило, затеняют нижние, на полях с этим бороться бесполезно, но в теплицах такие попытки делались. Однако раздвигать растения по мере их роста оказалось и трудно, и дорого, поэтому экспериментировать перестали. Но потом об этом вспомнили космические ботаники, которые предложили устраивать внеземные оранжереи не на плоской, а на криволинейной поверхности. На Земле стебли растений, подчиняясь силе тяжести; вытягиваются вверх параллельно друг другу. Их космические собратья развиваются в невесомости, и направление их роста определяется только освещением. Поэтому их можно высаживать на сферические или цилиндрические «поля», окружая светильниками той же формы. Стебли растений в таких оранжереях расположатся по радиусам сферы или цилиндра и сами будут раздвигаться по мере роста. При этом освещенность нижних ярусов листьев и соответственно продуктивность посевов будут намного выше, чем на Земле. Возможность выращивания растений с радиальным расположением стеблей подтверждена в наземном эксперименте. Растения разных видов пшеницы культивировали в установке со сферической поверхностью, вращающейся вокруг трех взаимно перпендикулярных осей со скоростями порядка 2 оборота в сутки. Конечно, по первым опытам трудно судить, как пойдет дело дальше. Предстоит проверить идею в условиях реального космического полета. Но уже сейчас ее авторы подчеркивают, что «применение криволинейных посадочных поверхностей позволяет предложить весьма компактные и технологические конструкции конвейерных оранжерей для космических систем жизнеобеспечения экипажа».

Мутаций нет

На МКС получены ростки третьего поколения гороха, выращенного в орбитальных условиях. Геннадия Падалку журналисты уже называют знатным космическим агрономом. В 1999 году на станции "Мир" он вырастил первые колосья пшеницы. Космический земельный надел невелик, посевные площади до тетрадного листа не дотягивают, это в три тысячи раз меньше дачных "шести соток". Это - земной дублер космической оранжереи. На МКС - точно такая же. Здесь готовят следующий эксперимент, на очереди японская листовая капуста и редис. Главные требования к растениям-претендентам на космический полет - компактность и неприхотливость. Расти придется при скудном освещении и поливе, вода в космосе на строгом учете. Освещение оранжереи и два компьютера, которые следят за ростом растений, употребляют всего-навсего 60 ватт. Раз в неделю космонавты отправляют данные на Землю, вместе с фотографиями плантации. На станции сейчас зацветает уже третье поколение выращенного здесь гороха. Всего шесть растений, на каждом - по три стручка. Немного, но вполне достаточно для того, чтобы уже считать доказанным - в космических условиях растения не становятся мутантами. Эксперимент начался 15 месяцев назад, этого достаточно, чтобы пилотируемый корабль долетел до Марса. Ученые уже могут назвать возможные растения-претенденты.
Фиолетовые цветы заметно оживили интерьер станции.

Как показали земные эксперименты, при круглосуточном освещении растений «Фитоконвейер» может давать до 300 г свежей зелени каждые 4-5 суток, т. е. в 3 раза больше, чем при традиционной компоновке. Разработчики считают, что такая цилиндрическая конвейерная оранжерея перспективна для производства растительной продукции на марсианском корабле или орбитальной станции.

Как много значит для человека природа, общение с ней!

Зеленые растения создают хорошее настроение, отвлекают от однообразных и утомительных текущих дел, успокаивают. Плантация зеленых растений доставит большую радость экипажам космических кораблей и станций. И, не боясь преувеличения, можно предположить, что «ветка сирени» в космосе для человека будет значить гораздо больше, чем на Земле.

В оранжереях будущего растения будут снабжены специальными датчиками и приборами. Они будут не только сообщать о своем состоянии, но с помощью автоматики обеспечивать поступление воды и питательных веществ в необходимых для себя количествах. Они сами смогут регулировать микроклимат всего помещения оранжереи, подбирая наилучшие условия для своего роста. И это вполне реально, так как установлено, что все растения отвечают на изменения окружающих условий токами электрической природы - биотоками. Опыты, проведенные в лаборатории профессора Тимирязевской сельскохозяйственной академии И. Гунара, показали, что изменение температуры в зоне корней растений, а также некоторые химические вещества, воздействующие на корни, вызывают появление слабых биотоков, которые зарегистрированы чувствительными самописцами.

Для отведения биотоков использовались электроды, не травмирующие растения. Было установлено, что здоровые растения тотчас же реагировали на раздражения, на изменение условий, а больные - с задержкой, вяло. Интересно, что при воздействии на корни, например, насыщенным раствором питательных солей ответную реакцию растений в этих же опытах удавалось регистрировать на листьях. Выходит, информация об изменении условий в зоне корня была передана листьям. Значит, растения чувствуют? Вероятно.

В космических оранжереях целесообразно выращивать скороспелые овощные растения. Это однолетние растения - листовая капуста, кресс-салат, огуречная трава, укроп. Эти растения содержат значительное количество витаминов А, В1, В2, PP. В огуречной траве содержится меньше витаминов, чем в других растениях, но зато она обладает целебными свойствами, приятным запахом и вкусом свежих огурцов, что делает ее очень привлекательной для введения в рацион.

Так как в обычных условиях препараты витаминов плохо сохраняются, поэтому целесообразно их постоянно иметь в свежем виде. Значит, необходимо изучать возможности оранжереи обеспечивать потребности экипажа в витаминах в специфических условиях гермообъекта.

Растения оранжереи должны быть неприхотливыми, устойчивыми к заболеваниям и хорошо изученными в обычных условиях.

Практическая часть. Эксперимент с фасолью

На Земле стебли растений, подчиняясь силе тяжести; вытягиваются вверх параллельно друг другу. Их космические собратья развиваются в невесомости, и направление их роста определяется только освещением.

Я решила провести эксперимент с фасолью и наглядно показать, как это происходит. Я взяла семена фасоли, завернула их в мокрую марлю и поместила в стеклянную мензурку(2), при этом я периодически меняла положение мензурки. Через неделю семена проклюнулись(3) и я высадила их в грунт(4). Баночки с посаженными семенами я тоже переворачивала. Позже фасоль проросла(5).

В итоге растение росло и изгибалось во все стороны. Благодаря этой способности растения в космосе могут принести урожая больше чем на земле, вследствие компактности и отсутствия силы тяготения земли.

https://pandia.ru/text/78/432/images/image002_27.jpg" width="200" height="267 src=">

https://pandia.ru/text/78/432/images/image004_15.jpg" width="269 height=192" height="192">

https://pandia.ru/text/78/432/images/image006_14.jpg" width="272 height=192" height="192">

left" width="450 " style="width:337.85pt">

https://pandia.ru/text/78/432/images/image012_6.jpg" align="left" width="794" height="586 src=">

Теплица, которую я готовлю для дальнейших экспериментов

https://pandia.ru/text/78/432/images/image015_4.jpg" width="759 height=500" height="500">

https://pandia.ru/text/78/432/images/image017_2.jpg" align="left" width="696" height="404 src=">

Человечеству потребовались все знания, собранные учёными за сотни лет, чтобы начать космические полёты. И тогда человек столкнулся с новой проблемой - для колонизации других планет и дальних перелётов нужно разработать замкнутую экосистему, в том числе - обеспечить космонавтов едой, водой и кислородом. Доставлять еду на Марс, который находится за 200 миллионов километров от Земли, дорого и сложно, логичнее будет найти такие способы производства продуктов, которые легко реализовать в полёте и на Красной планете.

Как на семена влияет микрогравитация? Какие овощи будут безвредны, если их вырастить в богатой тяжёлыми металлами почве Марса? Как обустроить плантацию на борту космического корабля? Учёные и космонавты уже более пятидесяти лет ищут ответы на эти вопросы.

На иллюстрации - российский космонавт Максим Сураев обнимает растения в установке «Лада» на борту Международной космической станции, 2014 год.

Константин Циолковский в «Целях звездоплавания» писал: «Вообразим себе длинную коническую поверхность или воронку, основание или широкое отверстие которой прикрыто прозрачной шаровой поверхностью. Она прямо обращена к Солнцу, а воронка вращается вокруг своей длинной оси (высоты). На непрозрачных внутренних стенках конуса - слой влажной почвы с насаженными в ней растениями». Так он предлагал искусственно создавать гравитацию для растений. Растения должны быть подобраны плодовитые, мелкие, без толстых стволов и не работающих на солнце частей. Так колонизаторов можно частично обеспечить биологически активными веществами и микроэлементами и регенерировать кислород и воду.

В 1962 году главный конструктор ОКБ-1 Сергей Королёв ставил задачу: «Надо бы начать разработку «Оранжереи (ОР) по Циолковскому», с наращиваемыми постепенно звеньями или блоками, и надо начинать работать над «космическими урожаями».

Рукопись К.Э. Циолковского «Альбом космических путешествий», 1933 год.

СССР вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли 4 октября 1957 года, спустя двадцать два года после смерти Циолковского. Уже в ноябре того же года в космос отправили дворняжку Лайку, первую из собак, которые должны были открыть путь в космос людям. Лайка погибла от перегрева всего за пять часов, хотя полёт рассчитали на неделю - на это время хватило бы кислорода и еды.

Учёные предположили, что проблема возникла из-за генетически заложенной ориентации - проросток должен тянуться к свету, а корень - в противоположную сторону. Они усовершенствовали «Оазис», и следующая экспедиция взяла на орбиту новые семена.

Лук вырос. Виталий Севастьянов сообщил на Землю, что стрелки достигли десяти-пятнадцати сантиметров. «Какие стрелки, какого лука? Понимаем, это шутка, мы же вам давали горох, а не луковицы», - говорили с Земли. Бортинженер ответил, что из дома космонавты прихватили две луковицы, чтобы посадить их сверх плана, и успокоил учёных - горошины почти все взошли.

Но растения отказывались цвести. На этой стадии они погибали. Такая же судьба ждала тюльпаны, которые в установке «Лютик» на Северном полюсе распустились, а в космосе - нет.

Зато лук можно было есть, что успешно делали в 1978 году космонавты В. Коваленок и А. Иванченков: «Вот хорошо поработали. Может быть, теперь нам в награду и луковицу разрешат съесть».

Техника - молодёжи, 1983-04, страница 6 . Горох в установке «Оазис»

Космонавты В. Рюмин и Л. Попов в апреле 1980 года получили установку «Малахит» с цветущими орхидеями. Орхидеи крепятся в коре деревьев и в дуплах, и учёные посчитали, что они могут быть менее подвержены геотропизму - способности органов растений располагаться и расти в определённом направлении относительно центра земного шара. Цветки через несколько дней опали, но при этом у орхидей образовались новые листья и воздушные корни. Ещё чуть позже советско-вьетнамский экипаж из В. Горбатко и Фам Туай привёзли с собой подрощенный арабидопсис.

Растения не хотели цвести. Семена всходили, но, например, орхидея не зацвела в космосе. Учёным нужно было помочь растениям справиться с невесомостью. Это делали в том числе с помощью электростимуляции корневой зоны: учёные считали, что электромагнитное поле Земли может влиять на рост. Ещё один способ предполагал описанный Циолковским план по созданию искусственной гравитации - растения выращивались в центрифуге. Центрифуга помогла - ростки ориентировались вдоль вектора центробежной силы. Наконец космонавты добились своего. В «Светоблоке» зацвёл Арабидопсис.

Слева на изображении ниже - оранжерея «Фитон» на борту «Салют-7». Впервые в этой орбитальной оранжерее Резуховидка Таля (Арабидопсис) прошла полный цикл развития и дала семена. Посредине - «Светоблок», в которой на борту «Салют-6» Арабидопсис впервые зацвёл. Справа - бортовая оранжерея «Оазис-1А» на станции «Салют-7»: она была оснащена системой дозированного полуавтоматического полива, аэрации и электростимулирования корней и могла перемещать вегетационные сосуды с растениями относительно источника света.

«Фитон», «Светоблок» и «Оазис-1А»

Установка «Трапеция» для исследования роста и развития растений.

Наборы с семенами

Бортовой журнал станции «Салют-7», зарисовки Светланы Савицкой

На станции «Мир» была установлена первая в мире автоматическая оранжерея «Свет». Российские космонавты в 1990-2000-х годах провели в этой оранжерее шесть экспериментов. Они растили салаты, редис и пшеницу. В 1996-1997 годах Институт медико-биологических проблем РАН планировал вырастить семена растений, полученные в космосе - то есть поработать с двумя поколениями растений. Для эксперимента выбрали гибрид дикой капусты высотой около двадцати сантиметров. У растения был один минус - космонавтам нужно было заниматься опылением.

Результат был интересный - семена второго поколения в космосе получили, и они даже взошли. Но растения выросли до шести сантиметров вместо двадцати пяти. Маргарита Левинских, научный сотрудник Института медико-биологических проблем РАН, рассказывает , что ювелирную работу по опылению растений выполнял американский астронавт Майкл Фоссум.

Видео Роскосмоса о выращивании растений в космосе. На 4:38 - растения на станции «Мир»

В апреле 2014 года грузовой корабль Dragon SpaceX доставил на Международную космическую станцию установку для выращивания зелени Veggie, а в марте астронавты начали тестировать орбитальную плантацию. Установка контролирует свет и поступление питательных веществ. В августе 2015 в меню астронавтов включили свежую зелень , выращенную в условиях микрогравитации.

Выращенный на Международной космической станции салат

Так плантация на космической станции может выглядеть в будущем

В российском сегменте Международной космической станции действует оранжерея «Лада» для эксперимента «Растения-2» . В конце 2016 или начале 2017 года на борту появится версия «Лада-2». Над этими проектами работает Институт медико-биологических проблем РАН.

Космическая растениеводство не ограничивается экспериментами в невесомости. Человеку для колонизации других планет придётся развивать сельское хозяйство на грунте, который отличается от земного, и в атмосфере, имеющей иной состав. В 2014 году биолог Майкл Маутнер вырастил спаржу с картофелем на метеоритном грунте. Чтоб получить пригодную для выращивания почву, метеорит был размолот в порошок. Опытным путём он сумел доказать, что на грунте внеземного происхождения могут произрасти бактерии, микроскопические грибы и растения. Материал большинства астероидов содержит фосфаты, нитраты и иногда воду.

Спаржа, выросшая на метеоритном грунте

В случае с Марсом, где много песка и пыли, измельчение породы не понадобится. Но возникнет другая проблема - состав почвы. В грунте Марса есть тяжёлые металлы, повышенное количество которых в растениях опасно для человека. Учёные из Голландии имитировали марсианскую почву и с 2013 года вырастили на ней десять урожаев нескольких видов растений.

В результате эксперимента учёные выяснили, что содержание тяжёлых металлов в выращенных на имитированном марсианском грунте горохе, редисе, ржи и помидорах не опасно для человека. Картофель и другие культуры учёные продолжают исследовать.

Исследователь Вагер Вамелинк инспектирует растения, выращиваемые на имитированной марсианской почве. Фото: Joep Frissel/AFP/Getty Images

Содержание металлов в урожае, собранном на Земле и на симуляциях почвы Луны и Марса

Одной из важных задач является создание замкнутого цикла жизнеобеспечения. Растения получают углекислый газ и отходы жизнедеятельности экипажа, взамен отдают кислород и производят еду. Учёные проверяли возможность использования в пищу одноклеточной водоросли хлореллы, содержащей 45% белка и по 20% жиров и углеводов. Но эта в теории питательная еда не усваивается человеком из-за плотной клеточной стенки. Существуют способы решения данной проблемы. Можно расщеплять клеточные стенки технологическими методами, используя термообработку, мелки помол или другие способы. Можно брать с собой разработанные специально для хлореллы ферменты, которые космонавты будут принимать с едой. Учёные могут и вывести ГМО-хлореллу, стенку которой человеческие ферменты смогут расщепить. Хлореллой для питания в космосе сейчас не занимаются, но используют в замкнутых экосистемах для производства кислорода.

Эксперимент с хлореллой проводили на борту орбитальной станции «Салют-6». В 1970-е годы ещё считали, что пребывание в микрогравитации не оказывает отрицательного влияния на человеческий организм - слишком было мало информации. Изучить влияние на живые организмы пытались и с помощью хлореллы, жизненный цикл которой длится всего четыре часа. Её удобно было сравнивать с хлореллой, выращенной на Земле.

Прибор ИФС-2 предназначался для выращивания грибов, культур тканей и микроорганизмов, водных животных.

С 70-х годов в СССР проводили эксперименты по замкнутым системам. В 1972 году началась работа «БИОС-3» - эта система действует и сейчас . Комплекс оснащён камерами для выращивания растений в регулируемых искусственных условиях - фитотронами. В них выращивали пшеницу, сою, салат чуфу, морковь, редис, свёклу, картофель, огурцы, щавель, капусту, укроп и лук. Учёные смогли достичь почти на 100% замкнутый цикл по воде и воздуху и до 50-80% - по питанию. Главные цели Международного центра замкнутых экологических систем - изучить принципы функционирования таких систем различной степени сложности и разработать научные основы их создания.

Одним из громких экспериментов, симулирующих перелёт к Марсу и возвращение на Землю, был «Марс-500» . В течение 519 дней шесть добровольцев находились в замкнутом комплексе. Эксперимент организовали Рокосмос и Российская академия наук, а партнёром стало Европейское космическое агентство. На “борту корабля” были две оранжереи - в одной рос салат, в другой - горох. В данном случае целью было не вырастить растения в приближенных к космическим условиям, а выяснить, насколько растения важны для экипажа. Поэтому дверцы оранжереи заклеили непрозрачной плёнкой и установили датчик, фиксирующий каждое открывание. На фото слева член экипажа «Марс-500» Марина Тугушева работает с оранжереями в рамках эксперимента.

Ещё один эксперимент на «борту» «Марс-500» - GreenHouse. В видео ниже член экспедиции Алексей Ситнев рассказывает об эксперименте и показывает оранжерею с различными растениями. Добавить метки

Ben Katz / YouTube

Специалист по робототехнике Бен Кац (Ben Katz) и разработчик программного обеспечения Джаред Ди Карло (Jared Di Carlo) создали робота, который способен собрать кубик Рубика за 0,38 секунды. Это рекордное время, рассказывает Ди Карло в своем блоге, хотя на данный момент оно официально не подтверждено.

Кубик Рубика был изобретен еще в 1974 году, однако головоломка до сих пор пользуется большой популярностью. Люди, увлекающиеся скоростной сборкой кубика Рубика, называются спидкуберами, а сам процесс - спидкубингом (от английского speedcubing). Сегодняшний рекорд принадлежит американцу Лукасу Эттеру, который в ноябре 2015 года собрал головоломку за 4,904 секунды. Аналогичные соревнования также проводятся среди роботов: до сих пор неофициальным «чемпионом» считался робот инженеров из компании Infeon. В 2016 году он собрал кубик Рубика за 0,637 секунды. Однако теперь Кац и Ди Карло разработали робота, который улучшил результат предыдущего рекордсмена на 40 процентов.

Как и все подобные устройства, робот исследователей использует камеру (в данном случае PlayStation Eye), которая передает снимки сторон кубика Рубика на компьютер. Он определяет расстановку деталей головоломки, а затем передает данные программе min2phase , в основе работы которой лежит двухфазный алгоритм Герберта Коцембы . Компьютер за доли секунды вычисляет оптимальное решение задачи, после чего подает команду роботу, и тот перемещает все элементы нужным образом.

Чтобы ускорить процесс, Кац использовал двигатели Kollmorgen ServoDisk, которые имеют очень высокое отношение крутящего момента к моменту инерции. Кроме того, инженер построил специальный контроллер, позволяющий повернуть сторону кубика Рубика на 90 градусов всего лишь за 10 миллисекунд. При условии, что собрать головоломку можно, в среднем, за 19-23 хода, робот Каца и Ди Карло должен решать задачу за 0,25 секунды. Однако в реальности процесс занимает 0,38 секунды, так как сейчас машина делает одно движение каждые 15 миллисекунд.

Разработчики уверены, что в будущем они смогут улучшить свой результат. Сейчас процесс настройки требует много времени, поскольку отладка должна выполняться с помощью высокоскоростной камеры, а ошибки порой приводят к поломке паззла или взрыву полевых транзисторов. Тем не менее, для ста различных решений понадобилось всего 4 кубика Рубика. На видео ниже показана одна из неудачных попыток сборки головоломки:

Недавно программист Мартин Шпанел разработал программное обеспечение, позволяющее собрать кубик Рубика с помощью очков дополненной реальности. В режиме реального времени оно выводит нужное действие с помощью AR-гарнитуры прямо поверх одной из граней куба.

Кристина Уласович

MindCub3r по-русски - делаем робота, который может собрать кубик Рубика (статья обновлена)

• DIY или Сделай сам

Не так давно обзавелся набором LEGO MINDSTORMS EV3 (31313) и с удивлением обнаружил, что в русскоязычном сегменте интернета довольно мало интересных материалов и инструкций по сборке и настройке роботов из этого набора. Решил, что нужно это дело исправлять.

Эта инструкция представляет собой вольный перевод материалов с официального сайта проекта MindCub3r и дополнена опытом самостоятельной сборки этого робота, способного собрать кубик Рубика меньше чем за 2 минуты.

Подробнее о LEGO MINDSTORMS EV3 можно почитать на этом сайте .

Вот, что у нас должно получится в итоге:

MindCub3r можно построить из одного комплекта Lego Mindstorms EV3 (31313, Home Edition).

Также вам понадобится инструкция по сборке и программное обеспечение, разработанное авторами проекта.

ВАЖНОЕ СООБЩЕНИЕ!!!

Буквально позавчера автор проекта объявил в своем ФБ, что подправил программное обеспечение для своего робота, и теперь оно работает со «штатной» прошивкой «кирпича» 1.06Н . На главной странице проекта эта информация также уже появилась, архив MindCub3r-v1p1a.zip , содержащий, среди прочего, и обновленную версию программы, уже доступен для загрузки. Загрузка и установка блока для датчика цвета по-прежнему необходима.

Дальнейший текст статьи исправлен с учетом последних изменений на сайте проекта!

Инструкцию по сборке MindCub3r смотрим или скачиваем .
Прошивку (на момент написания статьи EV3-Firmware-V1.06H.bin) для кирпича скачиваем с официального сайта LEGO MINDSTORMS .
Архив MindCub3r-v1p1a.zip с файлами проекта (MindCuber-v1p1.ev3, autorun.rtf и mc3solver-v1p1.rtf) качаем .
Еще нам понадобится прошивка для датчика цвета, которую берем . Все дело в том, что стандартные настройки этого датчика не корректно определяют цвета в режиме RGB.

После того, как вы соберете робота и скачаете себе на компьютер все необходимое, можно приступать к настройке.

Если вы еще не обновили прошивку «кирпича» первым делом устанавливаем новую версию ПО для главного блока Mindstorms EV3:

1. Запускаем программное обеспечение LEGO MINDSTORMS EV3;
2. Выбираем Инструменты - Обновление встроенного ПО ;

«Просмотреть» , находим предварительно закаченный файл EV3-Firmware-V1.06H.bin и жмем «Открыть» ;

«Доступные файлы встроенного ПО» выбираем EV3-Firmware-V1.06H и жмем «Загрузить» . Ждем окончания загрузки;

5. Перезагружаем главный блок (выключаем и снова включаем).

3. В появившемся диалоговом окне нажимаем «Просмотреть» , находим предварительно загруженный файл ColorSensorRGB-v1.00.ev3b и жмем «Открыть» ;

4. В диалоговом окне в таблице «Выбрать блоки для импорта» выбираем ColorSensorRGB-v1.00.ev3b и жмем «Импорт» .

5. Для завершения установки закройте диалоговое окно и выйдите из программного обеспечения LEGO MINDSTORMS EV3.

Теперь самый ответственный момент - загрузка программы робота в кирпич:
1. Распаковываем предварительно загруженный архив MindCub3r-v1p1a.zip ;

2. Запускаем ПО LEGO MINDSTORMS EV3;
3. Выбираем Файл - Открыть проект , ищем файл MindCub3r-v1p1.ev3, распакованный из архива MindCub3r-v1p1.zip и жмем «Открыть»;

4. После открытия проекта загружаем его в «кирпич». Загружаем, но НЕ ЗАПУСКАЕМ!!!

5. Идем в Инструменты - Обозреватель памяти (Ctrl+I) ;

6. Выбираем (выделяем) во вкладке «Модуль» или «SD-карта» папку проекта «MindCub3r-v1p1» ;
7. Нажимаем «Загрузить» ;

8. Находим файл mc3solver-v1p1.rtf «Открыть» ;
9. Еще раз нажимаем «Загрузить» , предварительно убедившись, что папка проекта «MindCub3r-v1p1» все еще выделена;
10. Находим файл InstallMC3-v1p1.rbf , распакованный из архива MindCub3r-v1p1a.zip и нажимаем «Открыть» ;

Примечание: файл mc3solver-v1p1.rtf имеет текстовое расширение.rtf. Пожалуйста, не пытайтесь открыть этот файл с помощью текстового редактора.

11. Закройте диалоговое окно, выйдите из программы и перезагрузите модуль.

Последний этап - устанавливаем приложение MC3 Solver на главном модуле:

1. Включаем блок:

2. Находим во второй вкладке папку проекта MindCub3r-v1p1 (в памяти блока или на SD-карте):

3. Выбираем файл InstallMC3-v1p1 и нажимаем на центральную кнопку модуля для установки:

4. В третьей вкладке проверяем наличие установленного приложения MC3 Solver v1p1 :

5. Перезагружаем блок.

6. В третьей вкладке блока запускаем приложение «MC3 Solver v1p1» для начала работы программы mc3solver-v1p1.rtf:

Всё! MindCub3r готов к использованию!

7. Запускаем программу в первой или во второй вкладке блока:

После запуска программы робот попросит вложить кубик («Insert cube») и начнет его сканировать датчиком цвета.
После сканирования робот ненадолго задумается и начнет сборку.
Удачное решение задачи ознаменуется радостным вращением кубика.

Вот, собственно, процесс работы робота:

Выше описан идеальный сценарий, на практике же все немного хуже - датчик может не правильно определить цвета - всего робот может провести 3 (три) цикла сканирования до того, как выдаст ошибку (Scan error). После этого нужно изъять кубик и снова вложить в робота. Причиной этому может быть или низкий заряд батареи модуля или «неправильный» кубик.
У меня иногда проходило по 3-5 повторов (3 цикла сканирования и одно изъятие) прежде чем робот принимался за сборку, но результат того однозначно стоит.

Если у вас остались вопросы, задавайте их в комментариях к статье, с удовольствием на них отвечу.

Робот полностью автономно собирает кубик Рубика!

Расчетное время:

Сканирование куба: 1 минута
Расчет решение: 20 - 40 секунд
Команда движения: 1 - 5 минут. Средняя 4.5 минут
В среднем общее время: 6 минут

Скачать прошивку и полную коннструкцию с описанием!

Инструкция:

Прочтите все на этой странице.

Запустить программу калибровки.

Запустите программу tiltedtwister. Вы должны использовать unscrambled куб при первом запуске программы. Программа должна вычислить решение нулевых ходов. Если нет, то прервать программу и настроить, какие должны быть скорректированы.

Карабканье кубе и дайте Twister наклонить ее решения.

Конструкция:

Вырезать кусок тонкого картона 70 х 70 мм и вырезать углы 8 х 15 мм.
Поместите его на поворотный круг, чтобы куб лежал на плоской поверхности. Важно, что кубик переворачивался легко по поверхности при наклонах.

Подключение проводов следующим образом:
1 - Touch - датчик прикосновения
2 - Датчик освещенности или HiTechnic цвет датчика
3 - ультразвуковой датчик
- Поворотный двигатель
B - Tilter - рука, двигатель
C - Light - цвет датчика двигатель

Кубик Рубик

К сожалению, желтого и белого цвета стандартного кубика Рубика не дает показания от датчика света.
Если у вас нету цветового датчика, то нужно заменить некоторые цвета куба.

На моем кубике, я заменил желтый, синий с голубым и оранжевым золотом.
Вы можете попробовать использовать другие цвета, до тех пор, как датчик сможет их различать.
Используйте программу colortest попробовать различные цвета. Используйте программу куб тестер для проверки куба.
Если у вас есть HiTechnic цвета датчик вам не придется заменять какие-либо наклейки на всех.

Важная часть:

Позиция свет / цвет датчика имеет решающее значение. Если слишком близко к поверхности куба чтения может быть неточным. Можно отрегулировать высоту положение датчика, осторожно согнув вверх датчика рукой. Она должна быть около 3 мм выше верхней части куба.

Разрыв захвата не должна быть слишком жесткой вокруг куба. В противном случае он будет перетаскивать куб назад с ним.

Если куб жесткий, можно смазать его силиконовым спреем. После смазки нужно поработать с кубом в течение нескольких минут.

Убедитесь в том, что поворотный механизм выравнивается до начала программы.

Убедитесь в том, что tilter рука полностью убирается перед запуском программы.

Необходимо избегать сильного источника света прямо над роботом.

Калибровка

Прежде чем позволить роботу решить задачку с кубом необходимо откалибровать его. Калибровку программа calibrates позицию сканера с рукой. Если вы используете HiTechnic цвет датчика, но calibrates значения цвета вашего куба (и тем куба должны быть unscrambled при запуске калибровки программы).
Выполнить калибровку программы и прочитать инструкции по NXT-дисплей. Когда программа попросит Вас позицию датчика выше центре куба, нужно повернуть его так, что излучающая свет попадает в центр кусок верхней части куба. Подсказка: Dim свет в комнате лучше увидеть, где свет от датчика хиты кубика.

Cube тестер

Запустить эту программу, чтобы проверить, если цвета куба могут быть урегулированы с помощью датчика света.
Место unscrambled куба на поворотный круг. Робот сканирует гранями куба. Затем он показывает минимальный и максимальный датчик света значения цвета для каждого куба лицо и рассказывает ли кубик имеет или нет.
Если цвет варьируется дублирование программы говорит куба не ОК. Но если совпадения мала она может работать в любом случае из-за цвета решить алгоритм tiltedtwister программы.

Цвет тестер (только для использования с учетом датчик)

Эта программа отображает текущую стоимость датчика света. Используйте его, чтобы проверить свой набор цветов.

HiTechnic цветной сенсор

Требует LEGO MINDSTORMS NXT микропрограммы v1.05 или более поздней версии.
См. отдельные здания инструкции для датчика руку с цветовой датчик.

Файлы с расширением. Rxe исполняемые файлы, которые должны быть загружаемым на кирпич с помощью LEGO mindstorms программы:
- Создать новый проект (Файл / Новый)
- Нажмите кнопку "NXT окна"
- Выберите вкладку памяти
- Нажмите кнопку "Загрузить"

Файлы с расширением. RSO являются звуковые файлы и должна быть загружаемые таким же образом, как rxe-файлы.

Размер tiltedtwister программа достаточно велика. Если у вас возникли проблемы при загрузке tiltedtwister.rxe т RY следующее:
- Удалить других программных файлов и звуковые файлы и т.д., чтобы освободить место.
- Обновление микропрограммы NXT. Я использую NXT Встроенноое 1.05 у меня кирпич. Вы можете загрузить и установить с микропрограммным LEGO Mindstorms NXT программного обеспечения.
- Дефрагментация NXT файловой системы. (Bricx командования центр / NXT Explorer / Дефрагментация)

Исходный код

Файлы с расширением. Nxc могут быть отредактированы и составлен с использованием BricxCC (http://bricxcc.sourceforge.net).

Устранение неполадок

Смотреть NXT-дисплей, как она сканирует лица. При использовании датчика света выводит учетом стоимости. Если вы используете цвета датчик выводит три значения для каждого сканирования. Это RGB-значения цвета чтении.

Когда она проверила все стоит она решает цветов. Экран говорит: "Урегулирование цветами".

Затем она вычисляет трех решений.
Для каждого решения он делает галочка звук с ростом поля. Это должно занять около десяти секунд.

После этого он начинает выполнение решений с указанием числа оставшихся извиваются на дисплее.

Если она не читая цветов, один из следующих вещей произойдет:
- При расчете решение он никогда не останавливается. Он держит с тикающей выше и выше поле.
- Он останавливается тикал и ничего не происходит.
- Это удается вычислить решение. Но это не правильное решение, поскольку оно решен цветов неправильно.

Удачи!