CN116235717A - 一种适用于太空动植物养殖的照明装置及方法 - Google Patents

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Abstract

培育箱一般采用单孔单株培育的方式。由于太空舱面积有限，培育箱的体积也极为有限。在植物生长至两叶期或三叶期时，相邻植物的叶片会形成重重叠叠的空间分布方式。叶片重叠的植物无法使其叶片全面积接收光照而进行生长，这样的设置使植物生长速度降低。由于太空环境的特殊化，植物生长所需的各个因素如光照、温度、湿度、营养成分均需要人工供给，生长速度降低的植物会耗费太空舱内更多的资源和能量。本发明涉及一种适用于太空动植物养殖的照明装置。照明装置能够将信号光照射至叶片背面，能量光照射至叶片正面。通过提高叶片的光吸收利用率，降低太空中植物培育所需的能耗。

Description

一种适用于太空动植物养殖的照明装置及方法
技术领域
本发明涉及太空培育技术领域，尤其涉及一种适用于太空动植物养殖的照明装置及方法。
背景技术
随着空间站的功能逐步完善，太空培育植物和动物成为动植物研究领域中重要的组成部分。现有技术中，太空环境中一般使用培育箱对动植物进行空间内的定向培育。
公开号为CN103749109A的中国专利公开了一种太空环境蔬菜栽培方法，根据宇宙空间存在的强辐射(宇宙射线)、微重力、高真空、弱磁场(交变磁场)、无振动和无菌等特殊环境条件及地球蔬菜的生长习性、生育特点、地球自然生态环境条件，模拟出太空空间站环境，通过人工调控创造适合植物生长的水、肥、气、热、光等条件，从而达到太空生产蔬菜的目的。该方法能够于栽培舱内实现，其主要的原因是在太空环境中为栽培植物提供可控且可量化的植物培育条件。
光是植物生长所需的最重要环境因子之一。自然界中，植物赖以生存的能量来自太阳光，光合作用是植物捕获光能的重要生物学途径。植物通过光合作用固定CO2以合成有机物并产生氧气，该过程是地球上生命得以延续的决定因素之一。
太空环境中，植物生长所需的光源主要通过人工光源提供。植物对光的需求主要体现在光辐射强度、光谱、光周期和光时空分布几个方面。
基于此，为植物生长提供光能量的人工光源出现。公开号为CN203703661U的中国专利公开了一种LED植物照明光源模组，该光源模组能够调节LED灯泡光照红光与蓝比例。LED植物照明光源模组，包括光源基板、红光LED光源、蓝光LED光源、LED驱动；所述LED驱动包括带PWM信号输入端的集成电路、电阻、电容和电感；所述电阻、电容和电感分别与集成电路连接；所述LED驱动具有两个分别为红光LED驱动和蓝光LED驱动；所述红光LED光源、蓝光LED光源设置在光源基板上，所述红光
光源与红光LED驱动连接，所述蓝光LED光源与蓝光LED驱动连接。人工光源不仅在设置上能够以多元化的方式提供不同波段光能量，其还能够通过中控系统对其的控制实现不同光模式的切换。公开号为CN111523587A的中国专利涉及一种基于机器学习的木本植物物种光谱识别方法，其特征在于包括以下步骤：S1、构建木本植物物种光谱数据库；S2、对木本植物物种光谱数据库中的光谱数据进行预处理，得到小波变换数据集和光谱特征指数优选数据集；S3、基于得到的连续小波变换数据集和光谱特征指数优选数据集，利用机器学习算法开展木本植物物种识别，得到物种识别精度。
然而，在太空环境中，由于其所消耗的能源如光、电、水分等均由地面提供，因此这类需要用于植物培育的资源在太空中存量紧张。植物缓慢的生长过程会增加其对能源的消耗。基于此，本申请涉及一种增加植物光吸收率的且能够伴随植物生长状态调节照射条件的适用于太空动植物养殖的照明装置。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
太空环境中，现有技术采用培育箱对植物培育，以提高植物在太空环境中的生存率。培育箱能够对植物生长所需的光照、温度、湿度、营养成分以及二氧化碳浓度进行调节。如图1所示，太空中使用的培育箱一般采用单孔单株培育的方式。由于太空舱面积有限，培育箱的体积也极为有限。在植物生长至两叶期或三叶期时，相邻植物的叶片会形成重重叠叠的空间分布方式。培育箱基于多因素调节的目的仅能够在顶部设置光源，而需要在培育箱其他内侧面设置用于调节温度、湿度或二氧化碳的出气孔或进气孔。叶片重叠的植物无法使其叶片全面积接收光照而进行生长，这样的设置使植物生长速度降低。由于太空环境的特殊化，植物生长所需的各个因素如光照、温度、湿度、营养成分均需要人工供给，生长速度降低的植物会耗费太空舱内更多的资源和能量。
在自然界中太阳光为多色谱光源，植物生长中涉及的信号光和能量光能够被提供。培育箱中使用的往往是单色光或组合光。这类人工光源的光波段和光比例的设置往往用于满足植物生命生长的干物质积累，而忽视了植物生命生长中最重要的一环-光形态建立。在植物的整个生长周期中，光对植物生长的作用包含光合作用和信号作用。光合作用主要为植物提供物质和能量，其被称为高能反应。信号作用主要参与植物形态的建成，其被称为低能反应。具体地，低能反应的主要过程为：作为信号的光照射至植物叶片上，叶片上的光受体接受信号并进行信号传导。叶片内发生原初反应并基于接受信号的光受体类型选择调控路径，进而选择性促进植株某个性状的发育反应。
植物高能反应和低能反应所需的光强和光周期均不相同。高能反应的光需要配合光合作用和呼吸作用进行交替，而低能反应则需要辅以不同植物种类的生长周期和产出目标进行分配。高能反应能够伴随植物光反应和暗反应的周期性活动而形成光亮和黑暗的给光周期，而低能反应则不同。由于植物生长是需要时时引导的，低能反应所需要的低强度、多光波段的组合光是需要时时供给的，信号光的持续性输出也是人工培育下植物生长速度快于自然环境中植物生长速度的影响因素之一。例如，自然环境下生菜的生长周期为30-40天，而在人工培育的环境中生菜的生长周期能够缩短至20-27天。
参与植物信号调控的光受体包含三类，分别为光敏色素、隐花色素或称蓝光/紫外光-A受体和紫外光-B受体。光敏色素接收红光和远红光信号。隐花色素或称蓝光/紫外光-A受体接收蓝光和330-390nm的紫外光。紫外光-B受体接收280-320nm的紫外光。同时，植物生长过程中的所需的光能量主要由400-450nm谱段的光提供。该谱段的光为叶绿素的强吸收带。其还能够辅以425-490nm谱段的光。该谱段的光为胡萝卜素的强吸收带。
用于太空环境的现有培育箱大多使用固定的光配方，其光照方式也仅仅是从植物顶部进行固定给光。这样的给光方式，一方面，会使植物叶片重叠部分无法吸收到光线而降低植物光合速度；另一方面，也将植物生长所需的信号光和能量光混合，无法提高控制植物生长的精准度，而在阻碍提高植物生长速度之外还可能造成植物部分组织生长异常。针对现有技术之不足，本发明提供了一种适用于太空动植物养殖的照明装置。照明装置包含培育箱、设置于所述动植物同侧的底光源和设置于所述培育箱顶部以为所述动植物
提供光照的顶光源，所述顶光源被配置为以窄带的方式于第一方向移动以对所述动植物进行扫描式照射，从而为所述动植物提供生命生长所需能量，所述培育箱底部设置有培育孔，每一个或几个培育孔外周设置有一个所述底光源，其中，所述底光源包含至少两个颜色的单色光源和用于控制所述单色光源开关的配色单元，所述配色单元能够通过调节不同的所述单色光源向所述动植物提供参与植物低能反应或动物生理活动的信号光。如图2所示，培育箱底部设置顺序分布的培育孔，每一个培育孔栽植一个植株。优选地，每一个培育孔的外周设置环带状的底光源。顶光源为一窄带光源，如LED灯管。顶光源通过移动组件与所述培育箱连接。移动组件带动顶光源沿第一方向均匀移动，从而保证植物生命生长所需的能量能够均匀照射在植物表面。
根据一种优选实施方式，所述底光源能够由多个LED灯芯间隔排布构成，其中，每个相邻的LED灯芯的颜色不同。所述底光源设置有至少两圈颜色排布不同的相邻的光环，以通过所述配色单元对其光强度的调节为处于不同生理状态的动植物提供不同的信号光，并能够保持该信号光于光空间上分布相同。多个颜色不同的环带状的底光源以套环的形式彼此连接。套接的环带状的底光源能够避免不同颜色的光源对植物形成不同光空间分布的光，而造成微量光质分布的不均匀。光质指散射光的光线即软质光。
根据一种优选实施方式，第一方向指培育箱开口处向其相对面移动的方向。第三方向指培育箱高度的方向。第二方向于三维空间分别与第一方向、第三方向垂直。在本申请中，植物的生长分为苗期、营养生长时期和生殖生长时期。
植物叶片正面叶绿素呈高富集。植物叶片背面叶绿素呈低富集。植物叶片正面的光吸收效率相较植物叶片背面的光吸收效率更高。为了促进植物生长，信号光能够照射至叶片背面。能量光照射至叶片正面。植物对于参与植物光合作用的光的光强需求比参与植物信号作用的光的光强需求高，且参与光合作用的光能够用于转化干物质以提高植物干重累计，其主要通过叶绿体被转化为淀粉储存于叶片中。叶片的光合有效辐射日累积量对叶片能量储存很重要，因此，用于提供参与光合作用的光的顶光源照射叶绿体含量较高的叶片正面。
根据一种优选实施方式，所述照明装置还包含服务器计算单元和动植物
生长状态检测单元，所述动植物生长状态检测单元能够通过对地面裸露面积和被植物遮盖面积确认植物的盖度，其中，响应于所述动植物生长状态检测单元提供的所述植物的盖度达到第一阈值，所述服务器计算单元控制所述配色单元调节所述底光源为所述植物提供参与植物低能反应的信号光；响应于所述动植物生长状态检测单元提供的所述植物的盖度达到第二阈值，所述服务器计算单元控制所述配色单元调节所述底光源，使得所述底光源与所述顶光源为所述植物提供相同的用于植物生命生长的能量光。
本系统能够基于植物的不同生理状态将植物划分为三个生理时期，其分别为苗期、营养生长时期和生殖生长时期。在植物生长初期，其叶片、根和茎未完全分化成功时，植物处于苗期，此时的植株处于各组织的分化阶段，生长主要依赖胚乳营养。当植物处于营养生长时期时，分化的各个组织开始行使功能并进入伸长生长中，此时植物需要光调控树立正常植株的形态。当植物处于生殖生长时期时，植物用于营养吸收和运输的各个组织发育成熟。组织能够包含根、茎、叶或花。此时，植物处于用于进入生殖生长或结果的营养积累状态。而在植物处于营养生长时期时，信号光能够对植物生长提供生长引导。
在所述底光源参与植物的低能反应时，所述服务器计算单元将当前获得的所述动植物生长状态检测单元规律性采集的植物图像与前次获得的所述动植物生长状态检测单元规律性采集的植物图像比较，基于植物图像中植物的各组织的形状以确认当前的底光源的光能够为所述植物提供正确的生长引导。
根据一种优选实施方式，所述植物的盖度达到第一阈值时，所述植物进入营养生长时期；所述植物的盖度达到第二阈值时，所述植物进入生殖生长时期。盖度指植物在地面上覆盖的面积比例，表示植物实际所占据的水平空间的面积。优选地，植物的盖度能够以植物组织遮蔽培育箱底部或培养板的百分比进行计量，例如第一阈值为10％，第二阈值为65％。盖度的检测方法为：动植物生长状态检测单元采集培育箱底部全面积图像，进行植株遮盖和裸露地面的特征的提取，并基于提取画面分别进行面积计算，生成一个植株遮盖占据培育箱底部全面积的比例，该比例为盖度值。
根据一种优选实施方式，每一个所述培育孔对应一个种或属的植物，以
使得所述底光源能够为具有近亲血缘的植物提供具有相同生理调控作用的信号光。太空环境中，为了使每一株培育的植物的生长状态可控，将以一个单株为单位对植物进行培育，并使太空中的宇航员能够更清晰地记录、观察和采集每个单株植物。
根据一种优选实施方式，动物生长同样对光有需求。恒温动物需要维持体温以保持体内代谢活动。变温动物需要阳光维持体温以在需要进行生长或代谢时能够进行该生命活动。对于部分动物而言，光线下照射还能够杀死体表的寄生虫或其他对体表有害的细菌，以保护皮肤。因此，本发明中的顶光源能够持续提供照射，该照射环境能够为动物提供其生命代谢或体表温度维护所需的光照。当部分变温动物不需要该光线时，其能够移动至非光照区，如巢穴。同时，光照还能够调节动物的生理活动，如动物提前囤积脂肪、鸟类掉羽/换羽、动物发情期和交配期，该类光线需要基于动物的生长时期进行供给，可能存在以天为单位切换光波段比例及光强的情况。例如，底光源调节光周期(能够指24h中白天和黑夜的长度比)。光周期信号通过松果体转化为褪黑素信号。褪黑素信号通过受体与动物垂体结节结合，垂体结节在褪黑素的刺激下形成信号物质连接于雌性动物卵巢活动相关的信号通路，而调节雌性动物的繁殖活动。垂体结节在褪黑素的刺激下还能够形成影响催乳素的分泌的信号通路，通过调节雌性动物的乳腺活动和乳汁分泌影响繁殖活动。例如，给予黑线鼠16小时等比红蓝光，8小时黑暗的底光源，以促进黑线鼠进入繁殖时期。太空环境中，探究小鼠的生命活动对于探究太空环境对生命体的影响具有重要意义，如太空失重环境对生命体繁殖、生长的影响。但由于太空中资源有限，无法在太空中保持多代小鼠的繁衍，而无法观察到多代繁育下生命体特征的变化。本发明中的照明装置能够基于光系统的信号调节而加快生命体的繁衍速度，增加生命体在太空环境中的生命活动速度和类型，为探究太空环境提供更多科学数据。
根据一种优选实施方式，照明装置还包含服务器计算单元和动植物生长状态检测单元，所述服务器计算单元能够获得由所述动植物生长状态检测单元采集的动物个体图像并基于与所述动植物生长状态检测单元前次采集的图像进行比对而获得所述动物的变化特征；触发于动物发生生理变化，所述服务器计算单元访问历史数据库并进行所述变化特征的比对以确认所述动
物的生长进度；响应于所述动物生长速率的降低或生理时期的改变，所述服务器计算单元控制所述配色单元调节所述底光源的光波段比例和光强。
本发明还能够用于太空中的动物培育过程中的光供给。动物在初生、成长、性成熟几个阶段的光需求同样不同，尤其是在成长阶段，其体内钙质化吸收、微量元素参与生命活动以促进生长的作用等均依赖作用于动物上的光信号。基于对动物不同阶段的生理特征的监测，使得底光源和顶光源能够及时调整为动物培育提供的光配方，使底光源和顶光源能够协同作用，促进动物在太空中正常生长。
根据一种优选实施方式，所述动植物生长状态检测单元设置有图像采集组件，所述图像采集组件能够基于所述服务器计算单元的调控指令调整其图像采集的角度、分辨率或采集频率，以使得所述动植物生长状态检测单元能够针对采集对象的种类和状态以及所需信息的种类进行信息采集精度的调节。
根据一种优选实施方式，包含设置于培育孔外周的与所述植物同侧的底光源和位于植物顶部的顶光源，其中，响应于所述植物的盖度达到第一阈值，所述底光源为所述植物提供参与植物低能反应的信号光；响应于所述植物的盖度达到第二阈值，所述底光源与所述顶光源为所述植物提供相同的用于植物生命生长的能量光。
根据一种优选实施方式，所述服务器计算单元能够为任何合适数量的计算机系统。所述服务器计算单元可以是嵌入式计算机系统、片上系统(SOC)、单板计算机系统(SBC)、台式计算机系统、膝上型或者笔记本计算机系统、交互式自助服务机、主机、计算机系统的网格、移动电话、服务器、平板电脑系统、或者这些中两个以上的组合。
附图说明
图1是本发明提供的太空培育箱实物示意图；
图2是本发明提供的一种优选实施方式的结构关系示意图。
附图标记列表
100：培育箱；200：顶光源；300：底光源；400：第一方向。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
通过对植物叶片正面和背面同时进行直射的光照，并区分正面和背面的光照目的，使植物营养堆积和生长调控所需要的光能够被分别供给。太空环境中，合理使用培育箱的底面和顶面的给光位置能够增加植物生长的光吸收面积，从而提高植物生长速度。
实施例1
本实施例以常用于调控环境中的生菜为例。
生菜种子以23cm×20cm的密度种植于培育箱100内。培育箱100能够对生菜生长所需的光照、温度、湿度、营养成分以及二氧化碳浓度进行调节。培育箱100内设置23cm×20cm的密度的培育孔。每个培育孔栽种一颗生菜。苗期的生菜配置以下的光配方：顶光源200每12小时打开，每12小时关闭，底光源300关闭，其中，顶光源200由蓝光和红光等比构成。光强为25μmol/m2/s。
此时，生菜为种子形态，种植监测单元基于其设置的激光或视觉传感组件监测生菜的发育情况。苗期的生菜使用恒定的顶光源200。顶光源200仅会周期性打开或关闭。
当生菜进入营养生长时期时，底光源300和顶光源200为植物提供一种光照模式。当植物生长的状态由苗期转变为营养生长时期后，服务器计算单元基于动植物生长状态检测单元提供的植物生长期达到第一阈值的信息调控底光源300和顶光源200。当植物生长的状态由营养生长时期转变为生殖生长时期后，服务器计算单元基于动植物生长状态检测单元提供的植物生长期达到第二阈值的信息调控底光源300和顶光源200。
当生菜的盖度达到10％时，即达到第一阈值。响应于所述动植物生长状态检测单元提供的所述植物的盖度达到第一阈值，所述服务器计算单元控制所述配色单元调节所述底光源300为所述生菜提供参与生菜低能反应的信号光。具体地，所述服务器计算单元基于所述动植物生长状态检测单元采集的图像检测所述生菜的盖度。优选地，培育板为黑色。当所述生菜生长出三片叶片时，生菜的盖度达到10％，此时生菜由苗期转为营养生长时期。
具体地，所述服务器计算单元根据图像中的绿色和黑色的颜色特征将图像进行轮廓划分，并基于两种特征的轮廓进行面积比计算，以获得生菜的实时生长密度。在此期间，顶光源200提供光强为60μmol/m2/s的蓝光和红
光。700nm的红光led灯芯和430nm的蓝光led灯芯以2:1的数量设置。底光源300包含光强为20μmol/m2/s的红光、远红光、蓝光和紫外光，其中，红光、远红光、蓝光和紫外光的比例为：2:1:2:1。
根据一种优选实施方式，在所述底光源300参与生菜的低能反应时，所述服务器计算单元将当前获得的所述动植物生长状态检测单元规律性采集的植物图像与前次获得的所述动植物生长状态检测单元规律性采集的生菜的图像比较，以确认当前的底光源300的光能够为生菜提供正确的生长引导。当所述服务器计算单元将所述动植物生长状态检测单元第一次采集的生菜的营养生长时期的图片与所述动植物生长状态检测单元第二次采集的生菜的营养生长时期的图片重合比较时，发现相较第一次，第二次的生菜的叶片发生萎缩，服务器计算单元能够基于叶片萎缩的问题调整所述第二光源的光波段比例。此时，为了增加叶片生长和修复的速度，底光源300的红光、远红光、蓝光和紫外光的比例变为：2:2:2:1，同时顶光源200的光强降低至50μmol/m2/s。
当生菜盖度达到第二阈值时，所述服务器计算单元控制所述顶光源200和所述底光源300提供生菜高能反应的能量光。生菜的叶片为产出组织。生菜的叶片面积达到要求时即可出厂售卖，因此，生菜的叶片是其生长过程中最需要被关注的部位。优选地，所述顶光源200和所述底光源300同步给光，且光强和光波段比例相同。所述顶光源200和所述底光源300的光配方能够为光强为50μmol/m2/s的蓝光和红光。所述顶光源200和所述底光源300能够交错移动。
由于叶片正面和背面的叶绿体富集度的差异和用于散热的气孔的富集度的差异，所述顶光源200和所述底光源300能够提供相同光波段比例的光，但顶光源200的光强度高于所述底光源300的光强度。优选地，利用叶片正反面反射光谱估算叶绿素含量而获得叶片正反面叶绿素的含量比，从而判定所述顶光源200和所述底光源300的光强。例如，叶片正反面的叶绿素比例为3:1，则顶光源200的光强为60μmol/m2/s时，所述底光源300的光强为20μmol/m2/s。该计算方式适用于植物生长全时期的光强计算。
根据一种优选实施方式，所述顶光源200设置有能够改变其照射角度的转动组件，其中，所述服务器计算单元能够基于由所述动植物生长状态检测
单元提供的图像获取由至少三个区域构成的植物生长区域的植物盖度的比例，所述照明单元形成的照射角度能够使所述顶光源200朝向盖度最小的区域。当所述顶光源200参与植物的高能反应时，所述顶光源200能够改变其相对照射植物方向的入射角度。具体地，所述顶光源200能够改变照射角度。服务器计算单元能够基于辐射面积比例将植物生长区域分为至少三个盖度具有差异的区域，其分别为第一区域、第二区域和第三区域。所述顶光源200形成的照射角度能够使所述照明单元朝向盖度最小的区域。例如，当生菜的第一区域的盖度小于第二区域的盖度，第二区域的盖度小于第三区域的盖度时，所述顶光源200与其延伸方向呈45°夹角，所述顶光源200朝向第二区域至第三区域的方向，以增加所述第三区域和第二区域，尤其是第三区域的植物所需光合作用的光能量。
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本装置还适用于太空环境中的动物培育。本实施例以小鼠为例。
培育箱100能够在每个培育孔内养殖一只小鼠，每个培育孔底部外周设置底光源300。培育箱100内所有培育孔共用顶光源200。所述顶光源200被配置为以窄带的方式于第一方向400移动以对小鼠进行扫描式照射。
或于培育箱100内共同养殖多只小鼠，培育箱100底部设置一个直径与培育箱100长度或宽度相同的环形底光源300。所述顶光源200被配置为以窄带的方式于第一方向400移动以对小鼠进行扫描式照射。
新生小鼠赤裸无毛，皮肤肉红色，闭眼，双耳与皮肤粘连。乳生的小鼠长出棕色、褐色或白色的毛发，此时，小鼠依然处于身体体积的增速期。
照明装置包含服务器计算单元和动植物生长状态检测单元。所述服务器计算单元能够获得由所述动植物生长状态检测单元采集的小鼠个体图像并基于与所述动植物生长状态检测单元前次采集的图像进行比对而获得小鼠的变化特征。例如，小鼠的毛发。当小鼠体表的毛发完全覆盖时，能够认为小鼠发生生理变化。此时，由于小鼠的幼年生状态，顶光源200和底光源300提供20μmol/m2/s光强的蓝光和红光比2：1的组合光。
触发于动物发生生理变化，所述服务器计算单元访问历史数据库并进行所述变化特征的比对以确认所述动物的生长进度。受限于动物物种的上限，
灰鼠、小白鼠和大白鼠成年体积上限不同。所述服务器计算单元访问历史数据库，并获知该品种的小鼠的体积上限。此时，顶光源200能够为小鼠提供40μmol/m2/s光强的蓝光和红光比2：1的组合光。底光源300能够为小鼠提供20μmol/m2/s光强的紫光、蓝光和红光比1：2：5的组合光。
响应于所述动物生长速率的降低或生理时期的改变，所述服务器计算单元控制所述配色单元调节所述底光源300的光波段比例和光强。当小鼠体积增速放缓且体积达到该品种的体积上限时，光促进生长的作用降低，光维持生命活动的作用增强，此时，顶光源200能够为小鼠提供40μmol/m2/s光强的蓝光和红光比2：1的组合光。底光源300能够为小鼠提供40μmol/m2/s光强的蓝光和红光比2：1的组合光。
动物的生命活动大多依靠光照调节。例如，日长而夜短会使动物认为即将进入秋冬季而出现囤积脂肪、粮食，拒绝繁殖等行为。日长而光强高的光照出现会使日行动物增加活动频率，并减低夜行动物的活动频率。小鼠、蟑螂、果蝇、水母等动物被养殖于太空舱内，而探究失重条件下生命活动的变化则依靠这些于太空舱内生长的动物。本发明中的照明装置能够基于光系统的信号调节而加快生命体的繁衍速度，增加生命体在太空环境中的生命活动速度和类型，为探究太空环境提供更多科学数据。
实施例3
本实施例是对实施例1、实施例2的进一步改进，重复的内容不再赘述。
太空舱内的植物生长不仅仅用于科学研究。包括火星探测在内的深空任务可能会持续数月甚至数年，虽然航天员可以食用密封包装的食品，但长期储存会导致食品中的维生素C和维生素K等关键营养成分含量下降。20世纪末到21世纪初，随着太空技术的进一步发展，越来越多的任务需要宇航员在空间站长期驻留，动辄几个月以上。长期驻扎空间站，如何给宇航员们提供新鲜食物(尤其是蔬菜)成了让人头疼的问题。
太空环境中果蔬培育成为解决上述问题的方法。不满足于培育箱100内的少量种植，太空舱内形成的温室同样被用来种植太空环境生长条件探索成熟的果蔬，如辣椒或生菜。
同时，绿色植物的光合作用能吸收二氧化碳，放出氧气，有利于空间站里的空气循环，还能调节空间站里的空气湿度。绿色植物还有助于调节宇航
员们的心理健康，安抚他们的情绪。
底光源300和顶光源200能够形成不同的光周期。顶光源200形成配合植物光周期生长的明暗变化。底光源300持续性输出低光强的信号光。在顶光源200关闭，植物处于呼吸作用时，底光源300的光线能够作为信号分子调节植物生长，同时，底光源300的光线还能够为进入太空舱温室的宇航员提供视野。
根据一种优选实施方式，顶光源200能够为可移动式的窄带灯管。由于其在移动至其他位置时为未被照射的植物提供呼吸作用的时间，因此，顶光源200能够保持常亮。顶光源200的移动速度能够与植物的光反应和暗反应的周期相匹配，即其在能够为植物提供光的位置移动的时间与其在能够不为植物提供光的位置移动的时间比例与植物的光反应和暗反应所需时间比例相同。通过顶光源200和底光源300的相对设置，使植物叶片的正面和反面均能够受到不同光强度、光波段的光照，而使植物干物质积累和植物生长调控均受到单因素控制。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.一种适用于太空动植物养殖的照明装置，包含培育箱(100)、设置于所述动植物同侧的底光源(300)和设置于所述培育箱(100)顶部以为所述动植物提供光照的顶光源(200)，所述顶光源(200)被配置为以窄带的方式于第一方向(400)移动以对所述动植物进行扫描式照射，从而为所述植物提供生命生长所需能量或为所述动物提供热能代谢所需能量，其特征在于，
所述培育箱(100)底部设置有培育孔，每一个或几个培育孔外周设置有一个所述底光源(300)，其中，
所述底光源(300)包含至少两个颜色的单色光源和用于控制所述单色光源开关的配色单元，所述配色单元能够通过调节不同的所述单色光源向所述动植物提供参与植物低能反应或动物生理活动的信号光。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置还包含服务器计算单元和动植物生长状态检测单元，所述动植物生长状态检测单元能够通过对地面裸露面积和被植物遮盖面积确认植物的盖度，其中，
响应于所述动植物生长状态检测单元提供的所述植物的盖度达到第一阈值，所述服务器计算单元控制所述配色单元调节所述底光源(300)为所述植物提供参与植物低能反应的信号光；
响应于所述动植物生长状态检测单元提供的所述植物的盖度达到第二阈值，所述服务器计算单元控制所述配色单元调节所述底光源(300)，使得所述底光源(300)与所述顶光源(200)为所述植物提供相同的用于植物生命生长的能量光。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，在所述底光源(300)参与植物的低能反应时，所述服务器计算单元将当前获得的所述动植物生长状态检测单元规律性采集的植物图像与前次获得的所述动植物生长状态检测单元规律性采集的植物图像比较，基于植物图像中植物的各组织的形状以确认当前的底光源(300)的光能够为所述植物提供正确的生长引导。
4.根据权利要求1～3任一项所述的照明装置，其特征在于，当所述植物的盖度达到第一阈值时，所述植物进入营养生长时期；当所述植物的盖度达到第二阈值时，所述植物进入生殖生长时期。
5.根据权利要求1～4任一项所述的照明装置，其特征在于，每一个所述培育孔对应一个种或属的植物，以使得所述底光源(300)能够为具有近亲血缘的植物提供具有相同生理调控作用的信号光。
6.根据权利要求1任一项所述的照明装置，其特征在于，照明装置还包含服务器计算单元和动植物生长状态检测单元，
所述服务器计算单元能够获得由所述动植物生长状态检测单元采集的动物个体图像并基于与所述动植物生长状态检测单元前次采集的图像进行比对而获得所述动物的变化特征；
响应于依据所述动物发生的变化特征而确认的动物发生生理变化，所述服务器计算单元访问历史数据库并进行所述变化特征的比对以确认所述动物的生长进度；
响应于所述动物生长速率的降低或生理时期的改变，所述服务器计算单元控制所述配色单元调节所述底光源(300)的光波段比例、光强或光周期。
7.根据权利要求1～6任一项所述的照明装置，其特征在于，所述动植物生长状态检测单元设置有图像采集组件，所述图像采集组件能够基于所述服务器计算单元的调控指令调整其图像采集的角度、分辨率或采集频率，以使得所述动植物生长状态检测单元能够针对采集对象的种类和状态以及所需信息的种类进行信息采集精度的调节。
8.根据权利要求1～7任一项所述的照明装置，其特征在于，所述底光源(300)能够由多个LED灯芯间隔排布构成，其中，每个相邻的LED灯芯的颜色不同。
9.根据权利要求1～8任一项所述的照明装置，其特征在于，所述底光源(300)设置有至少两圈颜色排布不同的相邻的光环，以通过所述配色单元对其光强度的调节为处于不同生理状态的动植物提供不同的信号光，并能够保持该信号光于光空间上分布相同。
10.一种适用于太空动植物养殖的照明方法，其特征在于，包含设置于培育孔外周的与所述植物同侧的底光源(300)和位于植物顶部的顶光源(200)，其中，
响应于所述植物的盖度达到第一阈值，所述底光源(300)为所述植物提供参与植物低能反应的信号光；
响应于所述植物的盖度达到第二阈值，所述底光源(300)与所述顶光源(200)为所述植物提供相同的用于植物生命生长的能量光。
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