CN101810127A - 一种空间微重力下蔬菜栽培的水分供给装置 - Google Patents
一种空间微重力下蔬菜栽培的水分供给装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101810127A CN101810127A CN201010166816A CN201010166816A CN101810127A CN 101810127 A CN101810127 A CN 101810127A CN 201010166816 A CN201010166816 A CN 201010166816A CN 201010166816 A CN201010166816 A CN 201010166816A CN 101810127 A CN101810127 A CN 101810127A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- microgravity
- airtight cylinder
- pipe
- moisture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
- Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
- Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures
Landscapes
- Cultivation Receptacles Or Flower-Pots, Or Pots For Seedlings (AREA)
- Hydroponics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种空间微重力下的蔬菜栽培的水分供给装置,主要用于长时间、远距离的深空载人探测飞船以及长期有人逗留空间站内进行蔬菜栽培时提供高效的水分供给。本装置由本实验装置由水箱、密闭缸、栽培模块、压力传感器、过滤器、气液分离器、蠕动泵、可编程控制器组成。利用本装置能够保障在空间微重力下为蔬菜培养提供稳定的水分供给,同时本装置还具有除气、净化、节水、省力、操作简便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间微重力下的蔬菜栽培的水分供给装置,主要用于长时间、远距离的深空载人探测飞船以及长期有人逗留空间站内进行蔬菜栽培时提供高效的水分供给。
背景技术
随着航空生命保障技术的发展,人们越来越意识到新鲜绿色蔬菜对深空探测飞船的宇航员的重要性。绿色蔬菜不仅能够为有限空间内的宇航员提供视觉心理安慰,更为关键的是它还能够为宇航员提供新鲜绿色维生素与生物活性物质,满足机体的生理需求,降低服用合成维生素的潜在危险。目前,航天界已经逐步开展深空探测飞船的新鲜绿色蔬菜供给装置研究。在空间微重力下实现绿色蔬菜连续栽培一个关键的问题就是如何实现在空间条件下蔬菜根部水分的稳定供给。
当前,空间蔬菜栽培水分供给装置主要采取基于栽培基质湿度的湿度感器反馈控制系统。这种基于信号反馈的供水装置不足主要体现在:①由于连续栽培过程中存在收获时模块拆卸与种植时模块的再组装,使得传感器触点与环境基质位置或角度的改变,从而造成传感器信号输出不具有重复性;②传感器的输出容易受到植物根系的干扰;③由于栽培基质的毛细物质作用使得传感器输出存在很大的滞后性,容易产生错误信号输出。④每次收获或基质更新时,传感器的重复安装操作同样增加了航天员的劳作强度。此外,这种水分供给装置往往会使栽培基质湿润不均,各处的含水量相差较大,波动幅度较大。栽培基质含水量的大幅波动会使植物遭受旱涝胁迫,增加病虫害的发生,同时水分供给过剩容易导致硝态氮肥被淋移出作物根区以外,影响植物的正常生长。这种现象就曾在和平号空间站“SVET”蔬菜栽培装置中发生过。
发明内容
本发明创造的目的在于提供一种空间微重力下的蔬菜栽培的水分供给装置,本装置不仅能够在空间微重力下为蔬菜培养提供稳定的水分供给,同时还能具有除气、净化、节水、省力、操作简便等优点。
为了达到上述目的,采取的技术方案是:本实验装置由水箱1,密闭缸4,栽培模块20,压力传感器12、过滤器14,气液分离器15,蠕动泵16、可编程控制器19组成。水箱1通过水管支路21、电磁阀2与密闭缸4相连。密闭缸4内的活塞24利用步进电机5、丝杠螺母6提供动力,实现活塞24的上升下降。密闭缸4通过水管支路22、电磁阀3与栽培模块20内部的多孔管7的一端相连。多孔管7外部从内向外依次紧密包裹亲水材料层8、含有缓释肥的栽培基质层10、外被覆膜层25,它们被固定于栽培支架9内部。栽培支架具有栽培种蔬菜的种植孔11。多孔管5的一端与水管支路23相连。水管支路23上依次装有电磁阀开关26、水压传感器12、电磁阀开关13、过滤器14、气液分离器15、蠕动泵16与电磁阀17。步进电机5、压力传感器12、蠕动泵16以及所有电磁阀通过导线18与可编程控制器19相连。
利用压力传感器12的压力信号反馈给可编程控制器19控制步进电机5,步进电机5进一步通过丝杠螺母6对密闭活塞24控制,使得多孔管5内的水压强大小始终控制在略小于外部环境气压的情况下。在这这种情况下,亲水材料层6与栽培基质8毛细作用力所产生的势能可以让水会通过多孔管7、亲水材料层8进入栽培基质层10内,溶解栽培基质内的缓释肥料,提供给蔬菜生长所需的水分与肥料。为了防止多孔管内出现大量气泡造成栽培基质水分分布不均,避免蔬菜根部代谢释放的有机化学物质堵塞多孔管7或对装置产生化学性负面效应,减少压力传感器长期工作的误差累积,要定期通过打开水管支路23,从多孔管7内抽水至水箱1中,在这个过程中利用过滤器14、气液分离器15、蠕动泵16实现供水的净化与除气。
所述的多孔管的击穿压强为5~12kPa。
所述的亲水材料层由聚乙烯醇海绵构成,厚度为2~8mm,吸水膨胀系数为200-300%。
所述的水管支路由直径为6~7mm黑色软管构成。
本发明的有益效果是完全根据蔬菜自身对水量的需求,通过多孔管7持续地向栽培基质10提供水分,栽培基质含水量变化幅度稳定,有利于蔬菜的生长以及高效利用水分。当收获或更换基质时只需关闭电磁阀3与26后取下栽培模块,无需对其他管路单元进行调整、重复装卸,操作简便,可降低航天员的劳作强度。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是栽培模块20的放大图。
图中:1是水箱;2、3、13、17、26是电磁阀,4是密闭缸;5是步进电机;6是丝杠螺母;7是多孔管;8是亲水材料层;9是栽培基质层;10是栽培支架;11是蔬菜种植孔;12是压力传感器;14是过滤器14;15是气液分离器、16是蠕动泵;18是导线;19是可编程控制器;20是栽培模块;21、22、23是水管支路;24是活塞;25是外被覆膜层。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示,在开始工作之前,往水箱1内注入一定体积的水,所有电磁阀全部关闭。电磁阀2打开,启动步进电机5,利用步进电机5带动丝杠螺母6提升活塞24,使水沿着水管支路21进入密闭缸4内。关闭电磁阀2,打开电磁阀3与26。启动压力传感器12,利用步进电机5带动丝杠螺母6下压活塞24,使密闭缸4内的水沿着水管支路22进入多孔管5内,达到压力传感器12的设定阈值。通过可编程控制器19根据压力传感器12的反馈信号,调节步进电机5从而控制活塞24,将多孔管内水压维持设定阈值,保证多孔管7中的压强略小于外部环境的压强。在亲水材料层8与栽培基质层10本身势能的作用下,水渗透过多孔管7、亲水材料层8进入栽培基质10内,溶解基质内部缓释肥料,源源不断为蔬菜生长水分与营养元素。外被覆膜层25用于防止水分散失以及外部污染。当需要去除多孔管7内的气泡与蔬菜根部代谢释放的有机化学物质时,关闭电磁阀3,打开电磁阀13、17。停止压力传感器12与步进电机5,启动过滤器14、气液分离器15、蠕动泵16,将多孔管7内的水净化、除气后返回水箱1中。然后停止过滤器14、气液分离器15、蠕动泵16,关闭电磁阀13、17,重新启动开启传感器12与步进电机5,打开电磁阀3继续为栽培基质供水。当密闭缸4中水位下降接近底部时,关闭电磁阀3,停止压力传感器12。再次打开电磁阀2,利用步进电机5带动丝杠螺母6提升活塞24,使水沿着水管支路22进入密闭缸4内提高水位。
Claims (8)
1.一种空间微重力下的蔬菜栽培的水分供给装置,其特征在于:由水箱1、密闭缸4、栽培模块20、压力传感器12、过滤器14、气液分离器15、蠕动泵16、可编程控制器19通过水管支路21、22、23连接组成,可保障空间微重力下蔬菜栽培水分的高效稳定供给。
2.根据权利要求1所述的密闭缸4,其特征是,密闭缸4内的活塞24利用步进电机5、丝杠螺母6提供动力,实现密闭缸内水位的上升与下降。
3.根据权利要求1所述的栽培模块20,其特征是,模块中心为多孔管7,由内向外多孔管7外部紧密包裹亲水材料层8、含有缓释肥的栽培基质层10、外被覆膜层25,它们被固定于栽培支架9内部。
4.根据权利要求3所述的多孔管7,其特征是,击穿压强为5~12kPa。
5.根据权利要求3所述的亲水材料层8,其特征是,由聚乙烯醇海绵构成,厚度为2~8mm,吸水膨胀系数为200~300%。
6.根据权利要求1所述的水管支路21、22、23,其特征是,由直径为6~7mm黑色软管构成。
7.根据权利要求1所述的空间微重力下的蔬菜栽培的水分供给装置,其特征在于:通过压力传感器12反馈信号给可编程控制器19,可编程控制器19控制密闭缸4的活塞24使得多孔管7内的水压处于略小于外部气压的稳定状态。
8.根据权利要求1所述的空间微重力下的蔬菜栽培的水分供给装置,其特征在于:通过过滤器14、气液分离器15、蠕动泵16去除水管内气泡与蔬菜根部代谢有机物质。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2010101668163A CN101810127B (zh) | 2010-05-06 | 2010-05-06 | 一种空间微重力下蔬菜栽培的水分供给装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2010101668163A CN101810127B (zh) | 2010-05-06 | 2010-05-06 | 一种空间微重力下蔬菜栽培的水分供给装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101810127A true CN101810127A (zh) | 2010-08-25 |
CN101810127B CN101810127B (zh) | 2011-10-26 |
Family
ID=42617619
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2010101668163A Expired - Fee Related CN101810127B (zh) | 2010-05-06 | 2010-05-06 | 一种空间微重力下蔬菜栽培的水分供给装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101810127B (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102349436A (zh) * | 2011-08-26 | 2012-02-15 | 中国航天员科研训练中心 | 一种受控生态生保系统环境条件下的植物栽培系统 |
CN102668964A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-09-19 | 北京航空航天大学 | 一种植物工厂 |
CN107543756A (zh) * | 2017-08-15 | 2018-01-05 | 中国水利水电科学研究院 | 一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验装置及试验方法 |
CN108770670A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-11-09 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种用于空间植物培养的在轨液体加注系统 |
CN109337797A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-02-15 | 航天神舟生物科技集团有限公司 | 适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置 |
CN110214686A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-10 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置及方法 |
CN112005819A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-12-01 | 广西民族师范学院 | 一种酒红球盖菇菌种生产设备 |
CN112106637A (zh) * | 2020-10-09 | 2020-12-22 | 合肥创农生物科技有限公司 | 一种潮汐式水培装置 |
CN113951123A (zh) * | 2021-09-10 | 2022-01-21 | 中国人民解放军63919部队 | 空间植物水分养分供应系统 |
CN116158330A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-26 | 重庆大学 | 低重力环境下自动远程供水系统 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2733251Y (zh) * | 2004-07-29 | 2005-10-12 | 上海交通大学 | 节能型热泵式热水器 |
CN2766534Y (zh) * | 2004-07-02 | 2006-03-29 | 王浩 | 移动式智能浇灌机器人 |
CN101233806A (zh) * | 2008-03-13 | 2008-08-06 | 徐州久久农业科技发展有限公司 | 太空蔬菜有机生态栽培方法 |
-
2010
- 2010-05-06 CN CN2010101668163A patent/CN101810127B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2766534Y (zh) * | 2004-07-02 | 2006-03-29 | 王浩 | 移动式智能浇灌机器人 |
CN2733251Y (zh) * | 2004-07-29 | 2005-10-12 | 上海交通大学 | 节能型热泵式热水器 |
CN101233806A (zh) * | 2008-03-13 | 2008-08-06 | 徐州久久农业科技发展有限公司 | 太空蔬菜有机生态栽培方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
《农村工作通讯》 20051231 吴国兴 在太空怎么种蔬菜 63 1-8 , 第7期 2 * |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102349436B (zh) * | 2011-08-26 | 2013-11-06 | 中国航天员科研训练中心 | 一种受控生态生保环境条件下的植物栽培系统 |
CN102349436A (zh) * | 2011-08-26 | 2012-02-15 | 中国航天员科研训练中心 | 一种受控生态生保系统环境条件下的植物栽培系统 |
CN102668964A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-09-19 | 北京航空航天大学 | 一种植物工厂 |
CN107543756A (zh) * | 2017-08-15 | 2018-01-05 | 中国水利水电科学研究院 | 一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验装置及试验方法 |
CN107543756B (zh) * | 2017-08-15 | 2020-04-14 | 中国水利水电科学研究院 | 一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验装置及试验方法 |
CN108770670A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-11-09 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种用于空间植物培养的在轨液体加注系统 |
CN109337797A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-02-15 | 航天神舟生物科技集团有限公司 | 适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置 |
CN109337797B (zh) * | 2018-11-23 | 2024-01-23 | 航天神舟生物科技集团有限公司 | 适用于微重力环境的材料微生物腐蚀试验装置 |
CN110214686B (zh) * | 2019-07-12 | 2023-09-19 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置及方法 |
CN110214686A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-10 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种可适应多重力条件的植物无基质栽培回液装置及方法 |
CN112005819A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-12-01 | 广西民族师范学院 | 一种酒红球盖菇菌种生产设备 |
CN112005819B (zh) * | 2020-09-08 | 2022-05-17 | 广西民族师范学院 | 一种酒红球盖菇菌种生产设备 |
CN112106637A (zh) * | 2020-10-09 | 2020-12-22 | 合肥创农生物科技有限公司 | 一种潮汐式水培装置 |
CN113951123A (zh) * | 2021-09-10 | 2022-01-21 | 中国人民解放军63919部队 | 空间植物水分养分供应系统 |
CN116158330A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-05-26 | 重庆大学 | 低重力环境下自动远程供水系统 |
CN116158330B (zh) * | 2023-03-28 | 2024-05-24 | 重庆大学 | 低重力环境下自动远程供水系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101810127B (zh) | 2011-10-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101810127B (zh) | 一种空间微重力下蔬菜栽培的水分供给装置 | |
KR102012485B1 (ko) | 친환경 식물공장 | |
CN203482711U (zh) | 水压升降式水培育苗床 | |
CN112522090B (zh) | 一种用于生物培养皿的培养液自动注入装置 | |
CN207269361U (zh) | 一种水气一体化灌溉系统 | |
CN204162624U (zh) | 一种无动力自通风式好氧堆肥装置 | |
CN112753548B (zh) | 一种小麦节水浇水设备 | |
CN206323779U (zh) | 基于智慧网络的滴灌水肥气一体化设备 | |
CN113207787A (zh) | 一种蜂巢式自动养殖系统及方法 | |
CN105850331B (zh) | 水肥一体化温室黄瓜负压灌溉系统 | |
CN202184026U (zh) | 一种植物根系缺氧胁迫装置 | |
CN204607878U (zh) | 一种污泥膜覆盖高温发酵过程控制装置 | |
CN204466506U (zh) | 立体农场自动补水装置 | |
CN105432341B (zh) | 一种基于生物质的二氧化碳施肥设备及方法 | |
CN210915867U (zh) | 一种能够保持适宜温度的有机肥发酵装置 | |
CN204499443U (zh) | 一种浸渍器 | |
CN105028020B (zh) | 均匀采光供肥花盆 | |
EP4208009A2 (de) | Lagerbehältnis, wachstums- und/oder vermehrungsstation, kultivierungssystem und verfahren zur kultivierung von entwicklungsgut | |
TWI409329B (zh) | Microbial solid - state fermentation reaction system with energy - saving and multi - functional automated production module | |
CN201018802Y (zh) | 集成化泥炭育苗栽植板制造设备 | |
CN203575559U (zh) | 一种秸秆发酵池 | |
CN205017942U (zh) | 可控温控湿的节能人工种植箱 | |
CN211607548U (zh) | 一种提高植物存活率的环保绿化结构 | |
CN216219347U (zh) | 一种室内培育水葫芦的养分自动加注控制装置 | |
CN204509146U (zh) | 一种煤饼酵素球的曝气堆肥发酵池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111026 Termination date: 20120506 |