CN101836560B - 一种模拟空间微重力效应的新鲜植物连续生产实验装置 - Google Patents

一种模拟空间微重力效应的新鲜植物连续生产实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟空间微重力效应下新鲜植物性食物连续生产的实验装置,主要针对长时间、远距离的深空载人探测飞船(如载人火星登陆飞船)内宇航员新鲜植物性食物的供应问题进行研究。本装置由喇叭形变径光照灯罩、可移动的圆环形栽培模块、营养液供给管路和动力旋转单元构成。利用本装置能够进行模拟微重力效应下不同种类的新鲜植物性食物(包括叶菜类、根茎类、茄果类)高效连续栽培实验研究,为解决深空载人探测飞船内宇航员自身对新鲜植物性食物的需求及保持宇航员的身心健康提供实验依据。

Description

一种模拟空间微重力效应的新鲜植物连续生产实验装置技术领域[0001] 本发明涉及一种模拟空间微重力效应下的新鲜植物性食物连续生产实验装置,主要用于探索研究长时间、远距离的深空载人探测飞船内新鲜植物性食物的连续供给问题, 在模拟微重力效应的同时适合多种植物性食物栽培,结构简单。背景技术[0002] 随着航空生命保障技术的发展,人们越来越意识到新鲜植物性食物对深空探测飞船中宇航员自身的重要性。新鲜植物性食物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,满足其机体生理需求,降低或避免服用合成维生素的潜在危险。航天界已经逐步开展深空探测飞船中新鲜植物性食物供给装置研究。由于地球重力作用,在地基条件下研究面向空间的新鲜植物性食物供给装置必须通过旋转方式模拟空间环境微重力效应,而当前的植物栽培旋转装置大都是基于科研角度,为研究微重力对植物生长发育、遗传变异的影响而建立,未考虑到宇航员自身对新鲜植物性食物的持续需求,因此不能做到连续生产。部分地面旋转植物栽培装置虽然能够做到连续生产,但只能用于少数几种叶菜类植物培养,不能对大量适于空间栽培的其他类型(如茄果类、根茎类)候选植物进行培养实验研究。发明内容[0003] 本发明目的:提供一种模拟空间微重力效应下的新鲜植物性食物高效连续生产实验装置,本栽培实验装置除了能够模拟微重力效应,亦可实现长期连续生产新鲜植物性食物,同时还能够满足面向空间应用的不同类型的植物性食物栽培。
[0004] 为了达到上述目的,采取的技术方案是:本实验装置,包括设于机架上的喇叭形变径光照灯罩、可移动的圆环栽培模块、营养液供给管路和动力旋转单元。喇叭形变径光照灯罩由内外两层12块近似梯形的光源板(每层6块)组成,内外相邻的光源板有定位销相连,可实现内外光源板的位置发生相对移动与固定,从而造成内外相邻光源板遮挡、重叠而改变整个喇叭形光照单元的内径变化,用以调节光源距离来适应不同类型植物的株高。每块光源板由红白两色的LED灯组成,红色白色的光通量之比为1: 1-1 : 10。同时每块光源板反面设有微型风扇,用于光源散热和空气流动。可移动的圆环栽培模块,由8块栽培模块组成,按照时间顺序依次栽培植物,循环利用,以实现植物连续生产收获。每个模块有外层定形不锈钢支架、防污染膜、栽培基质构成。营养液供给管路由营养液供给源、两端营养液水箱、持水管路构成。旋转单元由一个无级变速的电机通过带传动、轴承带动旋转支轴模拟微重力效应。[0005] 所述机架设有固底定板。[0006] 所述旋转支轴由直径为600mm厚度为IOmm的不锈钢多孔管构成,其外表面设有内陷的栽培模块移动轨道,内外部分别填充、覆盖高分子吸水材料。[0007] 所述机架与变径光照灯罩两端通过定位销连接,以顺利实现关照单元变径。[0008] 所述的变径光照灯罩前后两侧设有反光帘,保证光的充分利用。[0009] 本发明装置的显著特点是栽培模块可以在旋转支架上移动,从而实现模拟微重力效应下植物性食物连续生产;LED光源灯罩可通过变径调整光源高度,以满足不同类型植物性食物的实验要求。附图说明[0010] 图1是本发明的主视剖面示意图。[0011] 图2是本发明的A-A截面图。[0012] 图3是本发明的B-B截面图。[0013] 图4是本发明的栽培模块立体示意图。[0014] 图5是本发明的栽培连续种植效果图。[0015] 图中:1是实验装置机架;2是栽培模块的定型不锈钢支架;3是喇叭形变径灯罩; 4是灯罩上的LED ;5是穿过橡胶塞的玻璃导管,用于防止营养液污染,维持内外气压平衡;6 是储液罐,内存营养液7,外部具有液位标尺8 ;9是多孔不锈钢旋转支架;10是实验装置的两端水箱;11是连接储液罐与实验装置两端水箱10的供水管路;12是填充旋转支架内部的高分子持水材料;13是反光帘;14是水箱内包裹在高分子持水材料12外的软管,用于防止材料污染和水分散失;5是包裹在旋转支架外部的高分子持水材料;16是纤维状栽培基质,用于栽培模块内的植物性食物固定生根;17是防尘膜,用于防止栽培基质16的水分散失以及外部污染;18是在栽培模块上生长的植物性食物;19是固定于旋转支架上的转轴齿轮;20是无级调速电机;21是灯罩与机架的定位销;22是灯罩内外两层相邻两层光源板之间的连接定位销,23是铰链传动;24是旋转支架两端的轴承,保证旋转支架顺利旋转;25是微型 风扇;26是旋转支架上栽培模块滑动轨道的固定滚珠,用于栽培模块沿旋转支架的顺利移动;27是单独的一个圆环形栽培模块;28水路开关;29是单独的一块光源板。具体实施方式[0016] 下面结合说明书附图对本发明做进一步说明。[0017] 如图1、图2、图3所示,本发明装置主要包括8块可以移动的圆环形栽培模块27, 喇叭形变径灯罩3以及营养液供给管路和动力旋转单元构成。首先在每个模块的定性不锈钢支架2内填充好纤维状栽培基质16,外面包裹上防尘膜17,整理好后如图4所示。随后在一个模块上刺穿防尘膜,植入种子一周,固定于已经内部填充高分子持水材料柱12、外部覆盖高分子持水材料层5的水平多孔不锈钢旋转支架9的轨道上。根据事先确定的植物性食物生长周期株高曲线调整喇叭形变径灯罩3上内外光源板的相对位置,整个用光源板之间的定位销22以及光源板与机架之间的定位销21固定灯罩,使得水平旋转支架9处于喇叭形变径灯罩3的中心轴上,保持所种植物性食物在栽培周期中光源与植株具有最佳的光辐射距离。打开所有水路开关28,使储液罐6内存营养液7通过供水管路10进入两端水箱11,保障高分子持水材料柱12充分吸取营养液,满足植株的生长需求。观察液位标尺8 及时补充营养液。同时开动无级变速电机20调整合适转速,通过铰链转动23带动转轴齿轮19转动,模拟空间的微重力效应。根据事先确定的植物性食物生长周期,每经过一个1/8 植物周期后在旋转支架加上下一个植入种子模块,同时通过旋转支架上栽培模块滑动轨道的固定滚珠26推动前期栽培模块向前移动。当第八个植入种子的模块固定于旋转支架上栽培模块滑动轨道上时,第一个模块的植物性食物刚好到达成熟(如图5所示)。此时打开植物成熟端的反光帘13收获第一个栽培模块的植物性食物。然后在经过1/8植物周期,将收获后的模块重新组装,植入种子,固定于旋转支架上使用。如此往复循环,实现植物性食物的连续性生产。当需要进行另一种植物性食物栽培时,根据事先确定的生长周期与植株高度曲线,通过喇叭形变径灯罩3变径,使得处于喇叭形变径灯罩3中心轴上的水平旋转支架9与光源与距离,保证所种植物性食物在 栽培周期中植株具有最佳的光辐射。喇叭形变径灯罩3上外侧光源板被内侧遮挡的部分的LED光源处于关闭状态,以节省电源。通过调整光源板上微型风扇25的开关与转速,从而使喇叭形变径灯罩3与反光帘13形成的栽培腔内湿热度满足植株生长。

Claims (2)

1. 一种模拟空间微重力效应下的新鲜植物性食物连续生产实验装置,其特征在于,该装置具有圆环形栽培模块(27)、水平多孔旋转支架(9)、喇叭形变径灯罩(3);圆环形栽培模块(27 )固定于水平多孔旋转支架(9 )上,水平多孔旋转支架(9 )处于喇叭形变径灯罩(3 ) 的中心轴上;圆环形栽培模块(3)可沿水平多孔旋转支架(9)上的轨道移动,可根据植物的高度对喇叭形变径灯罩(3 )进行变径。
2.根据权利要求1所述的模拟空间微重力效应下的新鲜植物性食物连续生产实验装置,其特征是喇叭形变径灯罩(3)由内外两层各6块梯形的光源板(29)组成,内外相邻的光源板有定位销(22)相连,可实现内外光源板的位置发生相对移动与固定,从而造成内外相邻光源板遮挡、重叠而改变整个喇叭形变径灯罩(3)的直径大小,用以调节光源距离来适应不同类型植物的株高;每块光源板由红白两色的LED灯组成,红色白色的光通量之比为1:1——10 :1 ;喇叭形变径灯罩(3)外侧光源板上被内侧光源板遮挡部分的LED光源处于关闭状态,以节省电源;每块光源板装有微型风扇(25)。
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