Nasza historia z budowaniem doświadczalnych habitatów kosmicznych rozpoczęła się w listopadzie ubiegłego roku. Na ogłoszenie Fundacji ORLEN im. Ignacego Łukasiewicza o nowej edycji edukacyjnego projektu Inżynierowie Przyszłości odpowiedziała uczennica klasy 4G Weronika Pawłowska.
Pierwszym problemem do rozwiązania było stworzenie dobrego, oryginalnego pomysłu na doświadczenie. Jego koncepcja musiała być na tyle wyjątkowa, aby przekonała komisję konkursową do zakwalifikowania naszego projektu do pierwszej setki oraz przyznania nam grantu na kontynuowanie badań.
Postawiliśmy na technologię kosmiczną, bo temat ten był zgodny z zainteresowaniami Weroniki. Staraliśmy się połączyć dwa fascynujące nas wątki: efekt cieplarniany i potrzebę redukcji CO₂ oraz dążenie człowieka do eksploracji kosmosu i możliwości życia w przyszłych habitatach na Księżycu lub Marsie. Dzięki burzy mózgów powstał temat naszego projektu:
„Kosmiczny habitat – badania naturalnych metod redukcji CO2 w budynkach użytkowych”.
Do projektu opracowaliśmy szczegółową koncepcję badań wraz z kosztorysem. Nasz pomysł zainteresował komisję konkursową i zajęliśmy 47 miejsce wśród 100 projektów zakwalifikowanych do kolejnego etapu, zdobywając tym samym grant na realizację badań.
Kolejny miesiąc poświęciliśmy na kompletowanie części oraz dopracowanie koncepcji (np. zamiast jednego habitatów powstały aż trzy). Na tym etapie niezwykle ważna była analiza ryzyka, zbliżona w swojej formie do analizy HAZOP, stosowanej w projektach przemysłowych. Dzięki temu możecie dziś w pracowni 2p podziwiać trzy w pełni zautomatyzowane, starannie zaprojektowane habitaty.
Efekt naszej pracy nie byłby możliwy bez profesjonalnego wsparcia pracowników BELLA Sp. z o.o. Toruń, którzy pomogli nam przewidzieć potencjalne problemy podczas budowy habitatów i prowadzenia badań. Weronika otrzymała również wsparcie od Instytutu Nauk Technicznych UMK w postaci darmowego kursu „Podstawy programowania systemów wbudowanych”. Z kolei sterownik przemysłowy PLC HORNER z panelem HMI, widoczny na zdjęciach, został nam użyczony przez firmę ASTOR Sp. z o.o. z Krakowa. Wsparcie tych instytucji było nieocenione przy przeprowadzaniu naszej analizy HAZOP.
Obecnie dysponujemy trzema stanowiskami badawczymi (habitatami). W dwóch znajdują się rośliny Asplenium sp. oraz Syngonium sp., natomiast trzeci pełni rolę habitatu referencyjnego, do którego będziemy porównywać pozostałe. Każdy habitat ma pojemność 80 litrów i będzie hermetycznie zamknięty.
Każdy z nich wyposażony jest w czujniki środowiskowe: CO₂, O₂, temperatury powietrza, wilgotności, ciśnienia, natężenia światła oraz – w habitatach z roślinami – wilgotności gleby. Zastosowaliśmy oświetlenie LED grow (niebieskie i czerwone diody), które najlepiej wspierają fotosyntezę. Sterowanie oświetleniem realizuje sterownik PLC HORNER – dzień trwa od 6:00 do 20:00, a noc od 20:00 do 6:00. Sterownik cyklicznie uruchamia także wentylatory, które co 15 minut na 5 sekund mieszają powietrze wewnątrz habitatów.
Dane z czujników trafiają do trzech mikrokontrolerów ESP32, gdzie co 5 minut zapisywane są na kartach SD. Równocześnie z taką samą częstotliwością przesyłane są do chmury ThingSpeak, co zapewnia redundancję i bezpieczeństwo danych.
Ponieważ projekt ma charakter kosmiczny, testujemy też różne metody komunikacji i zabezpieczenia danych. Każdy ESP32 przesyła wyniki pomiarów do sterownika PLC protokołem MODBUS co 2 sekundy, a sterownik zapisuje je dodatkowo na swojej karcie microSD. Dzięki temu dane znajdują się w trzech niezależnych miejscach.
Co dalej?
W piątek, tuż przed feriami, rozpoczynamy właściwe badania. Habitaty będą przez cały okres ferii zimowych automatycznie pracować i rejestrować wyniki.
Serdecznie dziękujemy wszystkim instytucjom wspierającym nas w tym projekcie:
Instytut Nauk Technicznych UMK, BELLA Sp. z o.o. oraz ASTOR Sp. z o.o.
Autor: Paweł Derwich (Mentor)
