[发明专利]一种受控生态生保系统环境条件下的植物栽培系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物栽培系统，具体来说涉及一种用于长期载人航天环控生保技术研究领域，特别是涉及空间站、地外航天器以及星球基地等载人航天空间环境条件下的植物栽培系统。

背景技术

就目前航天技术发展水平来看，人类并非不能登上月球或火星等地外星球，而关键问题是无法长期驻留，这其中的重要瓶颈之一就是缺乏基本的乘员生存保障条件---食物、氧气和水的持续供应。解决这一问题的根本途径就是建立与之相适应的长期载人航天生命保障系统-受控生态生命保障系统。

受控生态生保系统是以生物学、生态学和环境科学为依据，以地球生物圈的基本结构和功能为参考，以光合作用为出发点，综合集成和应用各种现代先进技术，组织和协调系统中“生产者”、“消费者”与“分解者”三者之间的相互作用关系，实现系统内物质的定向转化和循环利用，从而合理、高效、有序地持续生产乘员生存所需的食物、氧气和水等全部最基本的生保物资。在真正建成一个大型复杂的空间基地受控生态生保系统之前，有必要在地面上首先建成用于综合模拟研究的受控生态生保系统地基试验平台。通过该平台开展整个密闭生态系统环境因素对生物生长过程及人生存的可能影响，从而为将来建立真正的空间基地受控生态生保系统提供科学依据。

到目前为止，在我国除了一些分散的、单独的、基础性单元研究工作和试验外，还没有建立起具有一定规模的太空受控生态生保系统综合模拟平台。植物栽培系统作为受控生态生保系统综合模拟平台的关键子系统之一，目前国内同样缺乏集成系统建设方面的研究，更谈不上开展整个密闭生态系统环境因素对植物生长响应规律、生理生化、遗传变异、废物处理及循环利用、类土壤基质制备与应用、系统兼容匹配规律及调控机理等其中蕴含的若干重大科学问题和关键技术等方面的研究工作，因此，本植物栽培系统从集成平台建设入手开展相关的研究工作，从而为我国未来长期载人航天任务用的生保系统作好科学与技术上的准备。

发明内容

本发明的目的就是设计一套全封闭状态下受控生态生保系统集成试验平台用植物栽培系统，解决受控生态生保系统集成试验平台内环境的空气成分，特别是氧和二氧化碳的维持、处理和净化等技术问题；解决内部乘员生存所需的食物和氧气最基本的生保物资来源以及循环大气问题。为研究植物、动物、微生物在密闭条件下生长、发育和繁殖的变化过程与规律以及人与它们相互间的协调性、共存能力、平衡问题和可循环性、可控程度和密闭程度等技术课题提供基本的试验保障条件。

实现本发明的技术方案：

本发明针对受控生态生保系统全封闭的特点，按照集成试验平台舱体内部环境温湿度监测及控制、大气总压及气体成分维持及控制、大气微量污染物监测及控制、大气微生物监测及控制、植物栽培系统、乘员舱系统等相关分系统在集成试验平台总体上的结构布局和设计，结合植物生长的要求和特点，设计出了受控生态生保系统用植物栽培系统，其系统组成及原理如图1所示。该系统包括冷净水储箱1、潜水泵2和3、控制单元组件4、酸液储罐8、碱液储罐9、母液A储罐5和23、母液B储罐6和24、母液C储罐7和25、四通道蠕动泵10和26、单通道蠕动泵11～12和21～22、营养液储箱13和27、传感器组件14和28、离心泵15(20、29和33)、手动调节阀门组件16和33、光照系统17、植物栽培床组件18和31、营养液收集箱19和32及管路附件等。净水储箱1、酸液储罐8、碱液储罐9以及母液A储罐5和23、母液B储罐6和24、母液C储罐7和25在控制单元组件4的监测控制下，分别在营养液储箱13和27中完成对栽培植物所需营养液的配制。营养液储箱13和27、离心泵15(20、29和33)、手动调节阀门组件16和33、光照系统17、植物栽培床组件18和31、营养液收集箱19和32及管路附件组成植物的营养液输送路径。

针对栽培植物所需的光照问题，设计了植物光照模拟系统17。光照模拟系统17的主要部件为LED灯板35，该灯板由可产生红光和蓝光的两种二极管按照一定数量比例、经一定排列后形成特殊光源，如图3所示，满足栽培植物的生长发育需求。

附图说明

图1为受控生态生保系统用植物栽培系统构成及原理图；

图2为植物栽培床结构图；

图3为植物栽培系统中光照部分的LED灯板布局结构图。

具体实施方式