專(zhuān)利名稱(chēng)：一種模擬空間微重力效應(yīng)下的新鮮植物性食物連續(xù)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬空間微重力效應(yīng)下的新鮮植物性食物連續(xù)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，主要用于探索研究長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離的深空載人探測(cè)飛船內(nèi)新鮮植物性食物的連續(xù)供給問(wèn)題， 在模擬微重力效應(yīng)的同時(shí)適合多種植物性食物栽培，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
背景技術(shù)：
隨著航空生命保障技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到新鮮植物性食物對(duì)深空探測(cè)飛 船中宇航員自身的重要性。新鮮植物性食物不僅能夠?yàn)橛邢蘅臻g內(nèi)的宇航員提供視覺(jué)心理 安慰，更為關(guān)鍵的是它還能夠?yàn)橛詈絾T提供新鮮綠色維生素與生物活性物質(zhì)，滿(mǎn)足其機(jī)體 生理需求，降低或避免服用合成維生素的潛在危險(xiǎn)。航天界已經(jīng)逐步開(kāi)展深空探測(cè)飛船中 新鮮植物性食物供給裝置研究。由于地球重力作用，在地基條件下研究面向空間的新鮮植 物性食物供給裝置必須通過(guò)旋轉(zhuǎn)方式模擬空間環(huán)境微重力效應(yīng)，而當(dāng)前的植物栽培旋轉(zhuǎn)裝 置大都是基于科研角度，為研究微重力對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、遺傳變異的影響而建立，未考慮到 宇航員自身對(duì)新鮮植物性食物的持續(xù)需求，因此不能做到連續(xù)生產(chǎn)。部分地面旋轉(zhuǎn)植物栽 培裝置雖然能夠做到連續(xù)生產(chǎn)，但只能用于少數(shù)幾種葉菜類(lèi)植物培養(yǎng)，不能對(duì)大量適于空 間栽培的其他類(lèi)型(如茄果類(lèi)、根莖類(lèi))候選植物進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的提供一種模擬空間微重力效應(yīng)下的新鮮植物性食物高效連續(xù)生產(chǎn)實(shí) 驗(yàn)裝置，本栽培實(shí)驗(yàn)裝置除了能夠模擬微重力效應(yīng)，亦可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)生產(chǎn)新鮮植物性食 物，同時(shí)還能夠滿(mǎn)足面向空間應(yīng)用的不同類(lèi)型的植物性食物栽培。為了達(dá)到上述目的，采取的技術(shù)方案是本實(shí)驗(yàn)裝置，包括設(shè)于機(jī)架上的喇叭形變 徑光照燈罩、可移動(dòng)的圓環(huán)栽培模塊、營(yíng)養(yǎng)液供給管路和動(dòng)力旋轉(zhuǎn)單元。喇叭形變徑光照燈 罩由內(nèi)外兩層12塊近似梯形的光源板(每層6塊)組成，內(nèi)外相鄰的光源板有定位銷(xiāo)相 連，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外光源板的位置發(fā)生相對(duì)移動(dòng)與固定，從而造成內(nèi)外相鄰光源板遮擋、重疊而 改變整個(gè)喇叭形光照單元的內(nèi)徑變化，用以調(diào)節(jié)光源距離來(lái)適應(yīng)不同類(lèi)型植物的株高。每 塊光源板由紅白兩色的LED燈組成，紅色白色的光通量之比為1 1-1 10。同時(shí)每塊光 源板反面設(shè)有微型風(fēng)扇，用于光源散熱和空氣流動(dòng)。可移動(dòng)的圓環(huán)栽培模塊，由8塊栽培模 塊組成，按照時(shí)間順序依次栽培植物，循環(huán)利用，以實(shí)現(xiàn)植物連續(xù)生產(chǎn)收獲。每個(gè)模塊有外 層定形不銹鋼支架、防污染膜、栽培基質(zhì)構(gòu)成。營(yíng)養(yǎng)液供給管路由營(yíng)養(yǎng)液供給源、兩端營(yíng)養(yǎng) 液水箱、持水管路構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)單元由一個(gè)無(wú)級(jí)變速的電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)、軸承帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)支軸模 擬微重力效應(yīng)。所述機(jī)架設(shè)有固底定板。所述旋轉(zhuǎn)支軸由直徑為600mm厚度為IOmm的不銹鋼多孔管構(gòu)成，其外表面設(shè)有內(nèi) 陷的栽培模塊移動(dòng)軌道，內(nèi)外部分別填充、覆蓋高分子吸水材料。
所述機(jī)架與變徑光照燈罩兩端通過(guò)定位銷(xiāo)連接，以順利實(shí)現(xiàn)關(guān)照單元變徑。所述的變徑光照燈罩前后兩側(cè)設(shè)有反光簾，保證光的充分利用。本發(fā)明裝置的顯著特點(diǎn)是栽培模塊可以在旋轉(zhuǎn)支架上移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)模擬微重力 效應(yīng)下植物性食物連續(xù)生產(chǎn)；LED光源燈罩可通過(guò)變徑調(diào)整光源高度，以滿(mǎn)足不同類(lèi)型植 物性食物的實(shí)驗(yàn)要求。


圖1是本發(fā)明的主視剖面示意圖。圖2是本發(fā)明的A-A截面圖。圖3是本發(fā)明的B-B截面圖。圖4是本發(fā)明的栽培模塊立體示意圖。圖5是本發(fā)明的栽培連續(xù)種植效果圖。圖中1是實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)架；2是栽培模塊的定型不銹鋼支架；3是喇叭形變徑燈罩； 4是燈罩上的LED ；5是穿過(guò)橡膠塞的玻璃導(dǎo)管，用于防止?fàn)I養(yǎng)液污染，維持內(nèi)外氣壓平衡；6 是儲(chǔ)液罐，內(nèi)存營(yíng)養(yǎng)液7，外部具有液位標(biāo)尺8 ；9是多孔不銹鋼旋轉(zhuǎn)支架；10是實(shí)驗(yàn)裝置的 兩端水箱；11是連接儲(chǔ)液罐與實(shí)驗(yàn)裝置兩端水箱10的供水管路；12是填充旋轉(zhuǎn)支架內(nèi)部 的高分子持水材料；13是反光簾；14是水箱內(nèi)包裹在高分子持水材料12外的軟管，用于防 止材料污染和水分散失；5是包裹在旋轉(zhuǎn)支架外部的高分子持水材料；16是纖維狀栽培基 質(zhì)，用于栽培模塊內(nèi)的植物性食物固定生根；17是防塵膜，用于防止栽培基質(zhì)16的水分散 失以及外部污染；18是在栽培模塊上生長(zhǎng)的植物性食物；19是固定于旋轉(zhuǎn)支架上的轉(zhuǎn)軸齒 輪；20是無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)；21是燈罩與機(jī)架的定位銷(xiāo)；22是燈罩內(nèi)外兩層相鄰兩層光源板之 間的連接定位銷(xiāo)，23是鉸鏈傳動(dòng)；24是旋轉(zhuǎn)支架兩端的軸承，保證旋轉(zhuǎn)支架順利旋轉(zhuǎn)；25是 微型風(fēng)扇；26是旋轉(zhuǎn)支架上栽培模塊滑動(dòng)軌道的固定滾珠，用于栽培模塊沿旋轉(zhuǎn)支架的順 利移動(dòng)；27是單獨(dú)的一個(gè)圓環(huán)形栽培模塊；28水路開(kāi)關(guān)；29是單獨(dú)的一塊光源板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明裝置主要包括8塊可以移動(dòng)的圓環(huán)形栽培模塊27， 喇叭形變徑燈罩3以及營(yíng)養(yǎng)液供給管路和動(dòng)力旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)成。首先在每個(gè)模塊的定性不銹 鋼支架2內(nèi)填充好纖維狀栽培基質(zhì)16，外面包裹上防塵膜17，整理好后如圖4所示。隨后 在一個(gè)模塊上刺穿防塵膜，植入種子一周，固定于已經(jīng)內(nèi)部填充高分子持水材料柱12、外部 覆蓋高分子持水材料層5的水平多孔不銹鋼旋轉(zhuǎn)支架9的軌道上。根據(jù)事先確定的植物性 食物生長(zhǎng)周期株高曲線調(diào)整喇叭形變徑燈罩3上內(nèi)外光源板的相對(duì)位置，整個(gè)用光源板之 間的定位銷(xiāo)22以及光源板與機(jī)架之間的定位銷(xiāo)21固定燈罩，使得水平旋轉(zhuǎn)支架9處于喇 叭形變徑燈罩3的中心軸上，保持所種植物性食物在栽培周期中光源與植株具有最佳的光 輻射距離。打開(kāi)所有水路開(kāi)關(guān)28，使儲(chǔ)液罐6內(nèi)存營(yíng)養(yǎng)液7通過(guò)供水管路10進(jìn)入兩端水箱 11，保障高分子持水材料柱12充分吸取營(yíng)養(yǎng)液，滿(mǎn)足植株的生長(zhǎng)需求。觀察液位標(biāo)尺8及 時(shí)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液。同時(shí)開(kāi)動(dòng)無(wú)級(jí)變速電機(jī)20調(diào)整合適轉(zhuǎn)速，通過(guò)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)23帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸齒輪 19轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬空間的微重力效應(yīng)。根據(jù)事先確定的植物性食物生長(zhǎng)周期，每經(jīng)過(guò)一個(gè)1/8植物周期后在旋轉(zhuǎn)支架加上下一個(gè)植入種子模塊，同時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)支架上栽培模塊滑動(dòng)軌道的固定滾珠26推動(dòng)前期栽培模塊向前移動(dòng)。當(dāng)?shù)诎藗€(gè)植入種子的模塊固定于旋轉(zhuǎn)支架上栽 培模塊滑動(dòng)軌道上時(shí)，第一個(gè)模塊的植物性食物剛好到達(dá)成熟(如圖5所示)。此時(shí)打開(kāi) 植物成熟端的反光簾13收獲第一個(gè)栽培模塊的植物性食物。然后在經(jīng)過(guò)1/8植物周期，將 收獲后的模塊重新組裝，植入種子，固定于旋轉(zhuǎn)支架上使用。如此往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)植物性食 物的連續(xù)性生產(chǎn)。當(dāng)需要進(jìn)行另一種植物性食物栽培時(shí)，根據(jù)事先確定的生長(zhǎng)周期與植株 高度曲線，通過(guò)喇叭形變徑燈罩3變徑，使得處于喇叭形變徑燈罩3中心軸上的水平旋轉(zhuǎn)支 架9與光源與距離，保證所種植物性食物在栽培周期中植株具有最佳的光輻射。喇叭形變 徑燈罩3上外側(cè)光源板被內(nèi)側(cè)遮擋的部分的LED光源處于關(guān)閉狀態(tài)，以節(jié)省電源。通過(guò)調(diào) 整光源板上微型風(fēng)扇25的開(kāi)關(guān)與轉(zhuǎn)速，從而使喇叭形變徑燈罩3與反光簾13形成的栽培 腔內(nèi)濕熱度滿(mǎn)足植株生長(zhǎng)。
權(quán)利要求
一種模擬空間微重力效應(yīng)下的新鮮植物性食物連續(xù)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)裝置，它包括可移動(dòng)圓環(huán)形栽培模塊27、喇叭形變徑燈罩3、多孔旋轉(zhuǎn)支軸9。其特征在于本栽培實(shí)驗(yàn)裝置在能夠模擬微重力效應(yīng)的同時(shí)亦可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)生產(chǎn)新鮮植物性食物，同時(shí)還能夠滿(mǎn)足面向空間應(yīng)用的不同類(lèi)型的植物性食物栽培。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可移動(dòng)圓環(huán)形栽培模塊27，其特征是，每個(gè)模塊有外層定形 不銹鋼支架2、纖維狀栽培基質(zhì)16、防污染膜17構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喇叭形變徑光照燈罩3，其特征是，由內(nèi)外兩層12塊近似梯 形的光源板29 (每層6塊)組成，內(nèi)外相鄰的光源板有定位銷(xiāo)22相連，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外光源板 的位置發(fā)生相對(duì)移動(dòng)與固定，從而造成內(nèi)外相鄰光源板遮擋、重疊而改變整個(gè)喇叭形光照 單元的內(nèi)徑的變化，用以調(diào)節(jié)光源距離來(lái)適應(yīng)不同類(lèi)型植物的株高。每塊光源板由紅白兩 色的LED燈組成，紅色白色的光通量之比為1 1——10 1。喇叭形變徑燈罩3上外側(cè) 光源板被內(nèi)側(cè)遮擋的部分的LED光源處于關(guān)閉狀態(tài)，以節(jié)省電源。每塊光源板裝有微型風(fēng) 扇25。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔旋轉(zhuǎn)支軸9，其特征是，其外表面有2道內(nèi)陷裝有固定滾 珠26的軌道，供圓環(huán)形栽培模塊27移動(dòng)固定；多孔旋轉(zhuǎn)支軸9內(nèi)填充高分子持水材料柱 12，外表面覆蓋高分子持水材料層5，保證營(yíng)養(yǎng)液對(duì)栽培模塊27上植株的充分供應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種模擬空間微重力效應(yīng)下新鮮植物性食物連續(xù)生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)裝置，主要針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離的深空載人探測(cè)飛船(如載人火星登陸飛船)內(nèi)宇航員新鮮植物性食物的供應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行研究。本裝置由喇叭形變徑光照燈罩、可移動(dòng)的圓環(huán)形栽培模塊、營(yíng)養(yǎng)液供給管路和動(dòng)力旋轉(zhuǎn)單元構(gòu)成。利用本裝置能夠進(jìn)行模擬微重力效應(yīng)下不同種類(lèi)的新鮮植物性食物(包括葉菜類(lèi)、根莖類(lèi)、茄果類(lèi))高效連續(xù)栽培實(shí)驗(yàn)研究，為解決深空載人探測(cè)飛船內(nèi)宇航員自身對(duì)新鮮植物性食物的需求及保持宇航員的身心健康提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
文檔編號(hào)A01G31/02GK101836560SQ201010117620
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者付玉明, 劉紅, 邵靈智 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)