一種用于空間基地搭載的微型人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種用于空間基地搭載的微型人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，可應(yīng)用于月球基地、火星基地等空間基地生態(tài)系統(tǒng)搭載實(shí)驗(yàn)的研究，亦可用于沙漠、高原、干旱地區(qū)等特殊環(huán)境下生態(tài)系統(tǒng)的研究。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著載人航天事業(yè)的飛速發(fā)展，建立月球基地、載人登陸火星已成為目前主要研究任務(wù)。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，就必須開展相應(yīng)的生命保障系統(tǒng)的研究。
[0003]目前針對生命保障系統(tǒng)的研究主要是在地面進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)氣體、水及植物性食物的循環(huán)再生功能，能夠構(gòu)建類似于地球生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境。但在空間條件下，系統(tǒng)以及系統(tǒng)內(nèi)的各個組件會發(fā)生什么樣的變化尚不清楚，因此必須進(jìn)行相應(yīng)的空間搭載試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)在空間條件下的可行性。
[0004]此前用于空間搭載的裝置主要針對植物、微生物、動物等單一物種，研究空間環(huán)境條件對這些物種生理功能的影響，還未進(jìn)行過生態(tài)系統(tǒng)的搭載和研究。
[0005]本專利提出的一種用于空間基地搭載的微型人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，能夠用于研究空間環(huán)境條件下系統(tǒng)內(nèi)各生物組件的變化情況以及系統(tǒng)運(yùn)行情況，從而驗(yàn)證地面建立的人工生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行空間生命保障的可行性和確定工藝參數(shù)的矯正參數(shù)。此裝置還可用于地球生態(tài)系統(tǒng)的研究，具有廣闊的應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是構(gòu)建一種可用于空間基地搭載的微型人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)空間環(huán)境條件下此生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上研究目的，涉及發(fā)明了此種微型生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置包括短生命周期的小型植物1、已知微生物2、營養(yǎng)供給系統(tǒng)3、環(huán)境控制系統(tǒng)和圖像監(jiān)測系統(tǒng)5。
[0008]所述營養(yǎng)供給系統(tǒng)3包括營養(yǎng)基質(zhì)6，由具有離子交換性能的植物栽培基質(zhì)和用于微生物培養(yǎng)的類土壤基質(zhì)混合而成;基質(zhì)固定網(wǎng)7，由孔徑〈0.5mm的彈性濾網(wǎng)構(gòu)成，用于基質(zhì)材料的固定，植物I可從濾孔中長出；持水袋8，采用起泡點(diǎn)為4-12kpa的膜材料制成，使水分在毛細(xì)管力作用下滲出至基質(zhì)中；冷凝管12，分布于側(cè)壁和底部，引導(dǎo)空氣中的水蒸氣冷凝后流回營養(yǎng)基質(zhì)內(nèi)，供植物生長。
[0009]所述環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)由溫濕度傳感器4、風(fēng)扇9、光源系統(tǒng)10和氣體傳感器11組成，可對系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和控制。
[0010]所述圖像監(jiān)測系統(tǒng)5為實(shí)時監(jiān)測攝像機(jī)，可對系統(tǒng)內(nèi)植物生長情況進(jìn)行實(shí)時觀測。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012]1、本發(fā)明中營養(yǎng)的供給是根據(jù)植物生長的需求按需供給的，不消耗動力能源，可實(shí)現(xiàn)微重力條件下營養(yǎng)供給，提高營養(yǎng)物質(zhì)和水分的利用率；
[0013]2、本發(fā)明中營養(yǎng)基質(zhì)具有離子交換性能，可持續(xù)為植物生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，預(yù)計(jì)可使用3-5年；
[0014]3、本發(fā)明中持水袋采用起泡點(diǎn)為4_12kpa的膜材料制成，水分在毛細(xì)管力作用下滲出至基質(zhì)內(nèi)，植物根據(jù)生長需求對水分和營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行吸收；
[0015]4、本發(fā)明中環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)植物生長需要對系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，保證適宜植物生長的環(huán)境條件
[0016]5、本發(fā)明中環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的冷凝管分布于側(cè)壁和底部，可引導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)水蒸氣冷凝后流回到營養(yǎng)供給系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖
[0018]圖中:
[0019]1-小型植物 2-微生物3-營養(yǎng)供給系統(tǒng)4-溫濕度傳感器
[0020]5-圖像監(jiān)測系統(tǒng) 6-營養(yǎng)基質(zhì)7-基質(zhì)固定網(wǎng)8-持水袋
[0021]9-風(fēng)扇 10-光源11-氣體傳感器12-冷凝管
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明專利一種用于空間基地搭載的微型人工生態(tài)系統(tǒng)，包括由短生命周期的小型植物(I)、已知微生物(2)、營養(yǎng)供給系統(tǒng)(3)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)(4、9、10、11、12)和圖像監(jiān)控系統(tǒng)(5)。
[0024]所述營養(yǎng)供給系統(tǒng)(3)由營養(yǎng)基質(zhì)(6)、基質(zhì)固定網(wǎng)(7)和持水袋(8)組成。營養(yǎng)基質(zhì)(6)由具有離子交換性能的植物栽培基質(zhì)和用于微生物培養(yǎng)的類土壤基質(zhì)混合而成，為系統(tǒng)內(nèi)的小型植物(I)和已知微生物(2)提供生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)；持水袋(8)中的水分在基質(zhì)毛細(xì)管力作用下被基質(zhì)吸收，供植物生長所需?；|(zhì)固定網(wǎng)(7)對基質(zhì)進(jìn)行固定，防止空間飛行過程中和微重力條件下基質(zhì)運(yùn)動。
[0025]所述環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)植物生長需求，通過溫濕度傳感器(4)和氣體傳感器
(11)對系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和控制;在風(fēng)扇(9)的作用下形成氣體對流，保證系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動和循環(huán);分布于側(cè)壁和底部份冷凝管(12)使側(cè)壁和底部溫度比系統(tǒng)內(nèi)溫度低5-6°C，便于冷凝水流回營養(yǎng)供給系統(tǒng)(3)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)水分的循環(huán)利用;光源(10)為植物生長提供能量來源，保證植物的光合作用正常進(jìn)行，所產(chǎn)生的O2用于微生物(2)的生長和代謝過程，微生物(2)通過對營養(yǎng)基質(zhì)(6)的吸收和分解產(chǎn)生CO2供植物(I)生長所需，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)氣體循環(huán)過程。在地面準(zhǔn)備階段可通過環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)將系統(tǒng)進(jìn)行_20°C的凍存處理，到達(dá)目的地以后通過環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)將溫度調(diào)至4°C下進(jìn)行系統(tǒng)活化，7天后溫度調(diào)至植物
(I)生長所需的適宜溫度，啟動植物(I)生長過程。
[0026]所述圖像監(jiān)測系統(tǒng)(5)可對系統(tǒng)內(nèi)植物生長的畫面進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于空間基地搭載的微型人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括由短生命周期的小型植物(I)、已知微生物(2)、營養(yǎng)供給系統(tǒng)(3)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)(4、9、10、11、12)和圖像監(jiān)控系統(tǒng)(5)。2.如權(quán)利要求1所述一種用于空間基地搭載的微型人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:營養(yǎng)供給系統(tǒng)(3)由營養(yǎng)基質(zhì)(6)、基質(zhì)固定網(wǎng)(7)和持水袋(8)組成，可在空間飛行過程中和基地微重力條件下滿足植物(I)對營養(yǎng)物質(zhì)和水分的需求。營養(yǎng)基質(zhì)(6)由具有離子交換性能的植物栽培基質(zhì)和用于微生物培養(yǎng)的類土壤基質(zhì)混合而成，為系統(tǒng)內(nèi)的小型植物(I)和已知微生物(2)提供生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)。持水袋(8)微孔膜材料制成，持水袋中的水分在基質(zhì)毛細(xì)管力作用下被基質(zhì)從持水袋中吸收出來，供植物生長所需?；|(zhì)固定網(wǎng)(7)對基質(zhì)進(jìn)行固定，防止空間飛行過程中和微重力條件下基質(zhì)運(yùn)動。3.如權(quán)利要求1所述一種用于空間基地搭載的微型人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:環(huán)境控制系統(tǒng)通過調(diào)控環(huán)境參數(shù)可對系統(tǒng)內(nèi)植物(I)和微生物(2)的生長過程進(jìn)行控制，通過植物(I)的光合作用和蒸騰作用、微生物(2)的分解作用可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)水分和氣體的循環(huán)利用過程，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。4.如權(quán)利要求1所述一種用于空間基地搭載的微型人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:在地面準(zhǔn)備階段可通過環(huán)境控制系統(tǒng)將系統(tǒng)進(jìn)行-4到-40°C的凍存處理，到達(dá)目的地以后通過環(huán)境控制系統(tǒng)將溫度調(diào)至4°C下對生物進(jìn)行活化，6-10天后溫度調(diào)至植物(I)生長所需的適宜溫度，啟動植物(I)生長過程。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于空間基地搭載的微型人工生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，可應(yīng)用于月球基地、火星基地等空間基地生態(tài)系統(tǒng)搭載實(shí)驗(yàn)的研究，亦可用于沙漠、高原、干旱地區(qū)等特殊環(huán)境下生態(tài)系統(tǒng)的研究。本微型生態(tài)系統(tǒng)裝置由短生命周期的小型植物(1)、已知微生物(2)、營養(yǎng)供給系統(tǒng)(3)、環(huán)境控制系統(tǒng)(4、9、10、11、12)和圖像監(jiān)控系統(tǒng)(5)組成。通過環(huán)境控制系統(tǒng)(4、9、10、11、12)和營養(yǎng)供給系統(tǒng)(3)保證系統(tǒng)內(nèi)植物(1)和微生物(2)的正常生長和代謝，監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境條件和水分、氣體的循環(huán)過程。圖像監(jiān)控系統(tǒng)(5)可對系統(tǒng)內(nèi)植物(1)的生長情況進(jìn)行實(shí)時觀測，用于研究空間特殊環(huán)境條件(長時間低劑量輻射、低重力場和低磁場)對植物生長及生態(tài)系統(tǒng)的影響。
【IPC分類】A01G31/00, A01G7/04
【公開號】CN105638413
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】劉紅, 李博偉, 謝倍珍, 邵玲智, 李樂園, 付玉明, 劉慧 , 秦有才
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月8日