Космос далеко – космос близко

13 августа 2021 года Госкорпорация «Роскосмос» в рамках проекта «Космический урок» открыла совместно с партнерами новый цикл проектных уроков по теме «Космическая биология» с прямым включением с борта Международной космической станции.

Площадками урока стали Московская губернская универсальная библиотека (г. Королев), Детский технопарк «Кванториум» (Томск), Сибирский федеральный университет (г. Красноярск), Международный аэропорт имени Алексея Архиповича Леонова (г. Кемерово). 

Почетный гость-эксперт Валерий Токарев, летчик-космонавт Российской Федерации, Герой РФ и профессор Вячеслав Ильин, заведующий лабораторией микробной экологии человека Института медико-биологических проблем РАН провели вводную часть урока. Они рассказали участникам о биологических и микробиологических экспериментах, создании модуля-оранжереи на Международной космической станции, результатах и перспективах изучения микроорганизмов для создания безопасной среды  для жизни человека на Земле и космических станциях.

Воспитанники ЦДНИТТ при КузГТУ «УникУм» и «Трамплин» (г. Ленинск-Кузнецкий), созданных при поддержке Фонда Андрея Мельниченко, другие школьники России приняли  участие в сеансе связи с экипажем российского сегмента Международной космической станции и задали вопросы членам экипажа РС МКС: космонавту-испытателю Петру Дуброву и лётчику-космонавту РФ, Герою РФ Олегу Новицкому. 

Ребят интересовало, какие способы снижают риск попадания вирусов на МКС, как дезинфицируют корабли перед их отправкой в космос, продолжительность карантина экипажа перед полетом, какие наружные противомикробные средства  используют на МКС, как заживают раны на Земле и в условиях микрогравитации, как поддерживается температура на МКС, какие на вкус растения, выращенные в космосе; видна ли пыль на поверхности МКС, как используется модуль Наука и манипулятор Эра  и др. 

Школьники из Кемерово задали космонавтам вопрос об использовании водоросли хлорелла для очистки воздуха и питания космонавтов, а также о направлениях развития сельского хозяйства, в частности, где оно будет базироваться? На орбитальных станциях или на поверхностях небесных тел, например Марсе или Луне? Этот вопрос связан с тем, что ребята планируют участвовать в проекте «Теплица за бортом», которая будет моделировать микрогравитацию и гравитацию планет и спутников. 

В Кемерове модератором площадки стал Андрей Андреев, директор ГТРК «Кузбасс», экспертами урока выступили врио ректора Алексей Яковлев и доцент КузГТУ Александр Григорьев, а также ученые крупных сибирских вузов: Юрий Манаков, зам. директора Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН, Александра Заушинцена, профессор Кемеровского государственного университета, Варвара  Овсянникова, научный сотрудник Института химии нефти СО РАН.

В рамках проекта «Теплица за бортом» ученые представили  школьникам задание по созданию модуля-оранжереи для МКС. Эксперты рассказали, как можно эффективно вырастить полезные растения для дальних космических миссий. 

– Выращивание растений на орбите является не только полезной для жизни космонавтов на космической станции, но и фундаментальной задачей, требующей глубокого понимания процессов. Технология выращивания растений на орбите прошла путь от пластикового контейнера до конвейерного выращивания салатной зелени на борту МКС на гидропонной системе. Изучение биохимических и физических процессов в условиях космоса позволяет получить уникальные результаты, которые можно будет применять для выращивания растений не только на орбите, но и на Земле, - обратился к ребятам Юрий Манаков.

Александра Заушинцена рассказала о принципах выбора растений для космической теплицы. При выборе растений для теплицы нужно учитывать значимость различных видов растений, в том числе по питательной ценности, лекарственным свойствам, биологическим особенностям. Например, амарант многофункционален – он защищает от радиации, содержит большое количество белков, витаминов, кальция, а чечевица стимулирует надпочечниковую систему и повышает жизненный тонус почек. Артишок способен предупреждать развитие атеросклероза, оказывать желче- и мочегонное действие. – Вам предстоит самостоятельно разобраться в характеристике растений и рекомендовать «зеленый конвейер» для космонавтов. «Зеленый конвейер» предполагает постоянное выращивание зеленых биопродуктов и их доставку космонавтам в той или иной форме: микропроростки, микрозелень или зеленые побеги с листьями. Можете предложить свои варианты, – обратилась к школьникам Александра Васильевна.

Варвара Овсянникова предложила участникам урока способ выращивания растений в теплице за бортом. 
– С жидкостями в невесомости работать достаточно сложно, поэтому мы предлагаем использовать искусственный грунт. Его составные части должны быть связаны в структуры, обладающие упругостью и прочностью, но проницаемые для воздуха, воды и корней растений, а также способные впитывать и удерживать влагу,  – рассказала Варвара Сергеевна. Такой грунт можно получить из минеральных и органических составляющих, хорошо впитывающих влагу: торф, кокосовое волокно, вермикулит, связав эти сыпучие компоненты с помощью специального связующего клея. В качестве связующего можно использовать вещество, которое при нагревании набухает и растворяется в воде, образуя вязкую жидкость, а после замораживания и оттаивания дает упругий гель, похожий на холодец из желатина или крахмала – криогель. Теперь участникам предстоит разработать состав и способ получения искусственного грунта: подобрать наилучшее соотношение сыпучих компонентов, связующего вещества и минеральных удобрений. Оценка искусственного грунта, как подходящего для растений субстрата, будет дана на основе его влияния на растения – на всхожесть и скорость прорастания семян, скорость развития самих растений, их размеры, величину листьев и корней. 

Алексей Яковлев рассказал о системах освещения, без которых рост растений в космосе невозможен; о том, как можно получить энергию, и нужно ли включать и выключать свет в космосе.  
– Создание систем освещения и энергоснабжения модуля позволят в режиме реального времени обеспечить автоматическое изменение потока, спектра и длительности параметрами, необходимыми для эффективного развития растений. Такие световые установки должны отличаться не только повышенной энергоэффективностью, но и наличием «базы данных» оптимальных параметров облучения для каждого этапа роста и развития растений, – отметил Алексей Николаевич. 
Включение освещения и управление мощностью светового потока может выполняться при помощи реле и симисторов. Измерение освещенности выполняется при помощи люксметра. Также необходимо предусмотреть встраивание в модуль системы стерилизации теплицы при помощи жесткого УФ облучения в случае заболевания растений или появления насекомых-вредителей. Модуль теплицы должен быть энергетически независимым, иметь собственные солнечные батареи и аккумуляторы. 

Александр Григорьев сообщил участникам о том, что теплица представляет  полностью автономный модуль, который необходимо автоматизировать для контроля за состоянием ее параметров.  Для автоматизации посева и обработки семян предусмотрен механизм, автоматически подающий семена в специальную камеру обработки, вода расходуется экономно, если создать ее круговорот. Перед подачей воды в корневую систему необходимо контролировать отсутствие примесей и уровень pH. Для этого подойдет датчик проводимости. Автоматизация орошения и подачи питательного раствора может контролироваться датчиками влажности и проводимости грунта. Задача системы включать орошение при снижении влажности грунта до нижнего порога. Растения чувствительны к состоянию атмосферы, поэтому необходим контроль за концентрацией газов, таких как: кислород, углекислый газ, этилен, сероводород и аммиак. 

Посадить, полить, проверить условия, собрать урожай – все это без участия человека. Участники урока приняли эстафету. Теперь экспертам предстоит помочь школьникам в решении кейса, поделиться своими знаниями, обсудить варианты решения, подвести итоги.

В заключение урока космонавт Валерий Токарев пожелал участникам удачи в «освоении» космических проектов, отличной командной работы и радости от полученных результатов.

Условия и задания по решению проекта содержатся в Кейс -Оранжерея.docx  

Техническая поддержка трансляции космического урока с площадки города Кемерово обеспечена ГТРК «Кузбасс».