CN108967164B - 空间站蔬菜雾培系统 - Google Patents

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Abstract

本发明专利属于航天生命保障技术领域，特别涉及一种蔬菜雾培系统，主要用于空间站的蔬菜培养。本发明主要包括植物的雾培模块1和控制模块6。雾培模块1的植物栽培面采用透气不漏水的疏水性材料可以减少水分的散失，有效提高营养和水分的利用率，提高栽培效益。控制模块6采用多个模块组装的方式，主要包括营养盐混合模块10，培养液过滤模块15‑16，培养液消毒模块13和培养液储存模块9，通过采用一泵多用的方式减少空间的占用，方便发射，并且按需供给可以简化操作。此外，该装置材料轻便，可以减少发射运载时能源的消耗。

Description

空间站蔬菜雾培系统
技术领域
本发明专利属于航天生命保障技术领域，特别涉及一种蔬菜雾培系统。它主要用于空间站中的蔬菜培养体系。能够有效的提高营养盐和水分的利用率，提高栽培效益。整个系统设计轻巧，体积小，操作简单，不仅可以减少空间的占用，还可以节约发射运载时能源的消耗，方便发射。
背景技术
生命保障系统为宇航员的生命和生活提供了关键的技术保障，植物的空间栽培技术是生命保障系统中的一项关键技术。空间植物栽培不仅可以为宇航员提高食物、氧气等一些基本生命保障元素，还可以改善宇航员的情绪，为繁重的工作提供一丝精神慰藉。此外，还为空间植物学等课题的研究起到推动作用。
在太空中中，植物的栽培方式通常为水培，但是水培仍然存在着操作系统复杂、培养基质易干等一系列问题。为解决这些问题，雾培这一方式应运而生。雾培是无土栽培的方式之一，利用喷雾装置将培养液雾化，直接喷到植物的根系或植物根系的周围环境空间，以提供植物生长所需的水分和营养物质。
但是现有的植物雾培装置无法很好的实现微重力条件下水分回收，且大多体积较大，不可拆开组装，操作繁琐，不便于发射与运载。
发明内容
本发明的目的是提出一种设计精巧、体积小、轻便可折叠，同时操作简单的植物雾培系统。
为了实现以上研究目的，设计发明了此种空间站蔬菜雾培系统。该系统主要包括：可折叠的植物雾培模块1，控制模块6。控制模块6又包括营养盐混合模块10、培养液过滤模块a15、培养液过滤模块b16、培养液消毒模块13和培养液储存模块9。
雾培模块1包括植物栽培面2、定植孔3、液体输送管4和喷雾装置5。植物栽培面2是一种透气不漏水的疏水性材料，既可以有效的进行蔬菜栽培，又可以避免培养液的浪费，还可以防止根部缺氧，此外，还可以安装多层进行栽培，对空间进行有效利用。植物栽培面2上面有许多排列整齐的定植孔3，定植孔3的排列密度可根据种植的蔬菜种类而调整。雾培模块1的底部设置有7～11根液体输送管4，每个相邻水管之间的夹角在32.7°～51.4°之间。喷雾装置5设置在液体输送管4的表面，每根液体输送管4上设有1～2个，可以均匀喷雾。
控制模块6包括侧门14、培养液进水口12、培养液出水口27、总进水口11、营养盐袋接口8、培养液过滤模块a15、培养液过滤模块b16、培养液消毒模块13、营养盐混合模块10、培养液储存模块9、阀门a20、阀门b21、阀门c22、阀门d23、阀门e24、阀门f25、阀门g26、抽吸泵a17、抽吸泵b18、抽吸泵c19和连接管7。将控制模块6的侧门14打开后可看到各个控制组件，以粘扣的形式固定到控制模块6上。连接管7通过培养液进水口12与液体输送管4相连接，培养液出水口27也与连接管7相连用于收集雾化剩余的培养液。培养液过滤模块a15、培养液过滤模块b16为一个易更换的过滤装置，其中培养液过滤模块a15用于过滤回收后的培养液，培养液过滤模块b16用于过滤没有完全溶解的营养盐。培养液消毒模块13内装有净化装置，将回收的培养液处理以便再次利用。营养盐混合模块10与总进水口11和营养盐袋接口8相连，用于混合新补充进来的水与营养盐的混合，内部装有探头，用于感知PH。其中总进水口11与空间站或是太空舱的水源相连接。营养盐袋接口8与特制的营养盐袋的接口可以无缝连接。培养液储存模块9用于存储由培养液消毒模块13和营养盐混合模块10供给的营养液，通过培养液进水口27输送给栽培的植物。
本发明的优点在于：
1.本发明中箱体可折叠，体积小，便于发射和运输。
2.本发明中箱体设计轻巧，重量轻，可节约能源。
3.本发明中控制箱由抽吸泵与多个阀门构成，结构简单，维护方便，且可实现多种功能。
4.本发明中可以对营养液进行有效的回收和利用减少了能源的消耗和浪费。
5.本发明中的过滤模块更换简单。
6.本发明中的植物栽培无需栽培基质，减少重量，且易于处理。
附图说明
图1：本发明整体结构示意图；
图2：本发明整体结构正视图；
图3：本发明整体结构俯视图；
图4：图2中的A-A面剖视图；
图5：本发明整体结构侧视图；
图中：
1-雾培模块 2-植物栽培面 3-定植孔 4-液体输送管
5-喷雾装置 6-控制模块 7-连接管 8-营养盐袋接口
9-培养液储存模块 10-营养盐混合模块 11-总进水口
12-培养液进水口 13-培养液消毒模块 14-侧门
15-培养液过滤模块a 16培养液过滤模块b 17-抽吸泵a
18-抽吸泵b 19-抽吸泵c 20-阀门a
21-阀门b 22-阀门c 23-阀门d
24-阀门e 25-阀门f 26-阀门g
27-培养液出水口
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、图4、图5所示，本发明空间站蔬菜雾培系统，包括雾培模块1和控制模块6。箱体上有固定带和粘扣用于固定。
所述雾培模块1包括植物栽培面2、定植孔3、液体输送管4和喷雾装置5。蔬菜通过定植孔3固定在植物栽培面2上。培养液进入固定在雾培模块底部的液体输送管4后，通过液体输送管4上的喷雾装置5将培养液雾化均匀喷出，对蔬菜进行水分和养分的供给。植物栽培面为透气不漏水的疏水性材料，可以有效防止水分的浪费，但是又能很好地进行蔬菜栽培。
所述控制模块6包括侧门14、培养液进水口12、培养液出水口27、总进水口11、营养盐袋接口8、培养液过滤模块a15、培养液过滤模块b16、培养液消毒模块13、营养盐混合模块10、培养液储存模块9、阀门a20、阀门b21、阀门c22、阀门d23、阀门e24、阀门f25、阀门g26、抽吸泵a17、抽吸泵b18、抽吸泵c19和连接管7。培养液储存模块9中的蔬菜培养液通过启动阀门a20和抽吸泵b18通过培养液进水口12进入到雾培模块1，通过液体输送管4上的喷雾装置5将培养液雾化从而对栽培在植物栽培面2上的蔬菜进行培养。通过启动阀门g26和抽吸泵a17将雾培剩余的培养液通过培养液出水口27进行回收，回收后的液体先通过培养液过滤模块a15进行过滤，再通过培养液消毒模块13进行消毒处理，最后打开阀门f25重新回到培养液储存模块9。进行外源的水和营养盐的补充时，启动抽吸泵c19和阀门c22和阀门d23，使空间站或太空舱的水和装在特制袋子里的营养盐分别通过总进水口11和营养盐袋接口8进入到营养盐混合模块10，随后关闭阀门c22和阀门d23，打开阀门e24，在抽吸泵c19和阀门e24的配合下，进行营养盐的混匀，最后关闭阀门e24，打开阀门b21使混合好的培养液通过培养液过滤模块b16进入到培养液储存模块9。该系统可根据种植的蔬菜的种类每30min自动启动1～3次，每次启动4min。

Claims (1)

1.空间站蔬菜雾培系统，其特征在于包括雾培模块(1)和控制模块(6)，其中雾培模块(1)包括植物栽培面(2)、定植孔(3)、液体输送管(4)、喷雾装置(5)，植物栽培面(2)是一种透气不漏水的疏水性材料，定植孔(3)上面装有透气不漏水的圆环，液体输送管(4)呈放射状排布在雾培模块(1)的底部，液体输送管(4)的数量范围在7～11根之间，每两根相邻液体输送管之间的夹角在32.7°～51.4°之间，喷雾装置(5)设置在液体输送管(4)的表面，每根液体输送管(4)上设有1～2个喷雾装置(5)，可以实现均匀喷雾；控制模块(6)包括连接管(7)、营养盐袋接口(8)、培养液储存模块(9)、营养盐混合模块(10)、总进水口(11)、培养液进水口(12)、培养液消毒模块(13)、侧门(14)、培养液过滤模块a(15)、培养液过滤模块b(16)、抽吸泵a(17)、抽吸泵b(18)、抽吸泵c(19)、阀门a(20)、阀门b(21)、阀门c(22)、阀门d(23)、阀门e(24)、阀门f(25)、阀门g(26)、培养液出水口(27)，连接管(7)通过培养液进水口(12)与液体输送管(4)相连接，培养液出水口(27)也与连接管(7)相连，可收集雾化剩余的培养液，营养盐袋接口(8)与特制的营养盐袋接口可以实现无缝连接，营养盐混合模块(10)与总进水口(11)和营养盐袋接口(8)相连，启动抽吸泵c(19)和阀门c(22)和阀门d(23)，实现外源的水与营养盐的混合，随后关闭阀门c(22)和阀门d(23)，打开阀门e(24)，在抽吸泵c(19)和阀门e(24)的配合下，进行营养盐的混匀，最后关闭阀门e(24)，打开阀门b(21)使混合好的培养液通过培养液过滤模块b(16)进入到培养液储存模块(9)，培养液储存模块(9)中的蔬菜培养液通过启动阀门a(20)和抽吸泵b(18)通过培养液进水口(12)进入到雾培模块(1)中，通过液体输送管(4)上的喷雾装置(5)将培养液雾化从而对栽培在植物栽培面(2)上的蔬菜进行培养，启动阀门g(26)和抽吸泵a(17)可以将雾培剩余的培养液通过培养液出水口(27)进行回收，回收后的液体先通过培养液过滤模块a(15)进行过滤，再通过培养液消毒模块(13)进行消毒处理，最后打开阀门f(25)重新回到培养液储存模块(9)中，该系统可根据种植的蔬菜的种类设定每30min自动启动1～3次，每次启动4min。
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