CN105638413A - 一种用于空间基地搭载的微型人工生态系统实验装置 - Google Patents

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谢倍珍
邵玲智
李乐园
付玉明
刘慧�
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Abstract

本发明公开了一种用于空间基地搭载的微型人工生态系统实验装置，可应用于月球基地、火星基地等空间基地生态系统搭载实验的研究，亦可用于沙漠、高原、干旱地区等特殊环境下生态系统的研究。本微型生态系统装置由短生命周期的小型植物(1)、已知微生物(2)、营养供给系统(3)、环境控制系统(4、9、10、11、12)和图像监控系统(5)组成。通过环境控制系统(4、9、10、11、12)和营养供给系统(3)保证系统内植物(1)和微生物(2)的正常生长和代谢，监测系统内环境条件和水分、气体的循环过程。图像监控系统(5)可对系统内植物(1)的生长情况进行实时观测，用于研究空间特殊环境条件(长时间低剂量辐射、低重力场和低磁场)对植物生长及生态系统的影响。

Description

一种用于空间基地搭载的微型人工生态系统实验装置
技术领域
本发明提出一种用于空间基地搭载的微型人工生态系统实验装置，可应用于月球基地、火星基地等空间基地生态系统搭载实验的研究，亦可用于沙漠、高原、干旱地区等特殊环境下生态系统的研究。
背景技术
随着载人航天事业的飞速发展，建立月球基地、载人登陆火星已成为目前主要研究任务。要实现这些目标，就必须开展相应的生命保障系统的研究。
目前针对生命保障系统的研究主要是在地面进行，实现了系统内气体、水及植物性食物的循环再生功能，能够构建类似于地球生态系统的环境。但在空间条件下，系统以及系统内的各个组件会发生什么样的变化尚不清楚，因此必须进行相应的空间搭载试验验证系统在空间条件下的可行性。
此前用于空间搭载的装置主要针对植物、微生物、动物等单一物种，研究空间环境条件对这些物种生理功能的影响，还未进行过生态系统的搭载和研究。
本专利提出的一种用于空间基地搭载的微型人工生态系统实验装置，能够用于研究空间环境条件下系统内各生物组件的变化情况以及系统运行情况，从而验证地面建立的人工生态系统进行空间生命保障的可行性和确定工艺参数的矫正参数。此装置还可用于地球生态系统的研究，具有广阔的应用价值。
发明内容
本发明的目的是构建一种可用于空间基地搭载的微型人工生态系统实验装置，实现空间环境条件下此生态系统的运行。
为了实现以上研究目的，涉及发明了此种微型生态系统实验装置包括短生命周期的小型植物1、已知微生物2、营养供给系统3、环境控制系统和图像监测系统5。
所述营养供给系统3包括营养基质6，由具有离子交换性能的植物栽培基质和用于微生物培养的类土壤基质混合而成；基质固定网7，由孔径<0.5mm的弹性滤网构成，用于基质材料的固定，植物1可从滤孔中长出；持水袋8，采用起泡点为4-12kpa的膜材料制成，使水分在毛细管力作用下渗出至基质中；冷凝管12，分布于侧壁和底部，引导空气中的水蒸气冷凝后流回营养基质内，供植物生长。
所述环境监控系统由温湿度传感器4、风扇9、光源系统10和气体传感器11组成，可对系统内的环境参数进行实时监测和控制。
所述图像监测系统5为实时监测摄像机，可对系统内植物生长情况进行实时观测。
本发明的优点在于：
1、本发明中营养的供给是根据植物生长的需求按需供给的，不消耗动力能源，可实现微重力条件下营养供给，提高营养物质和水分的利用率；
2、本发明中营养基质具有离子交换性能，可持续为植物生长提供营养物质，预计可使用3-5年；
3、本发明中持水袋采用起泡点为4-12kpa的膜材料制成，水分在毛细管力作用下渗出至基质内，植物根据生长需求对水分和营养物质进行吸收；
4、本发明中环境监控系统可根据植物生长需要对系统内的环境参数进行调控，保证适宜植物生长的环境条件
5、本发明中环境监控系统中的冷凝管分布于侧壁和底部，可引导系统内水蒸气冷凝后流回到营养供给系统内，实现循环利用
附图说明
图1为本发明的整体结构图
图中：
1-小型植物2-微生物3-营养供给系统4-温湿度传感器
5-图像监测系统6-营养基质7-基质固定网8-持水袋
9-风扇10-光源11-气体传感器12-冷凝管
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明专利一种用于空间基地搭载的微型人工生态系统，包括由短生命周期的小型植物(1)、已知微生物(2)、营养供给系统(3)、环境监控系统(4、9、10、11、12)和图像监控系统(5)。
所述营养供给系统(3)由营养基质(6)、基质固定网(7)和持水袋(8)组成。营养基质(6)由具有离子交换性能的植物栽培基质和用于微生物培养的类土壤基质混合而成，为系统内的小型植物(1)和已知微生物(2)提供生长所需的营养物质；持水袋(8)中的水分在基质毛细管力作用下被基质吸收，供植物生长所需。基质固定网(7)对基质进行固定，防止空间飞行过程中和微重力条件下基质运动。
所述环境监控系统可根据植物生长需求，通过温湿度传感器(4)和气体传感器(11)对系统内的环境参数进行监测和控制；在风扇(9)的作用下形成气体对流，保证系统内的气体流动和循环；分布于侧壁和底部份冷凝管(12)使侧壁和底部温度比系统内温度低5-6℃，便于冷凝水流回营养供给系统(3)实现系统内水分的循环利用；光源(10)为植物生长提供能量来源，保证植物的光合作用正常进行，所产生的O2用于微生物(2)的生长和代谢过程，微生物(2)通过对营养基质(6)的吸收和分解产生CO2供植物(1)生长所需，从而实现系统内气体循环过程。在地面准备阶段可通过环境监控系统将系统进行-20℃的冻存处理，到达目的地以后通过环境监控系统将温度调至4℃下进行系统活化，7天后温度调至植物(1)生长所需的适宜温度，启动植物(1)生长过程。
所述图像监测系统(5)可对系统内植物生长的画面进行实时监控。

Claims (4)

1.一种用于空间基地搭载的微型人工生态系统实验装置，其特征在于：包括由短生命周期的小型植物(1)、已知微生物(2)、营养供给系统(3)、环境监控系统(4、9、10、11、12)和图像监控系统(5)。
2.如权利要求1所述一种用于空间基地搭载的微型人工生态系统实验装置，其特征在于：营养供给系统(3)由营养基质(6)、基质固定网(7)和持水袋(8)组成，可在空间飞行过程中和基地微重力条件下满足植物(1)对营养物质和水分的需求。营养基质(6)由具有离子交换性能的植物栽培基质和用于微生物培养的类土壤基质混合而成，为系统内的小型植物(1)和已知微生物(2)提供生长所需的营养物质。持水袋(8)微孔膜材料制成，持水袋中的水分在基质毛细管力作用下被基质从持水袋中吸收出来，供植物生长所需。基质固定网(7)对基质进行固定，防止空间飞行过程中和微重力条件下基质运动。
3.如权利要求1所述一种用于空间基地搭载的微型人工生态系统实验装置，其特征在于：环境控制系统通过调控环境参数可对系统内植物(1)和微生物(2)的生长过程进行控制，通过植物(1)的光合作用和蒸腾作用、微生物(2)的分解作用可以实现系统内水分和气体的循环利用过程，保证系统的正常运行。
4.如权利要求1所述一种用于空间基地搭载的微型人工生态系统实验装置，其特征在于：在地面准备阶段可通过环境控制系统将系统进行-4到-40℃的冻存处理，到达目的地以后通过环境控制系统将温度调至4℃下对生物进行活化，6-10天后温度调至植物(1)生长所需的适宜温度，启动植物(1)生长过程。
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