空間植物培養(yǎng)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種空間植物培養(yǎng)裝置，包括一培養(yǎng)箱，培養(yǎng)箱由一縱向隔板分割形成左右兩個腔室，所述左腔室設(shè)有上下兩層，上層設(shè)有紅萍濕潤栽培盤，下層設(shè)有蔬菜濕潤栽培盤，所述右腔室設(shè)有種苗栽培盤，紅萍濕潤栽培盤，蔬菜濕潤栽培盤，種苗栽培盤上方設(shè)有用于LED燈板，右腔室還設(shè)有用于提供植物培養(yǎng)液的囊式集液箱和用于驅(qū)動培養(yǎng)液流動的蠕動泵，發(fā)明具備自身完整的紅萍和矮小色拉型蔬菜全生育期生長所需的植物培養(yǎng)液供給系統(tǒng)和LED光照系統(tǒng)及其監(jiān)控系統(tǒng)，能在線參數(shù)設(shè)定、自動存儲記錄和智能控制系統(tǒng)，對研究這些植物的群體、個體光合效率和生物產(chǎn)量高效生產(chǎn)周期及其在空間微重力環(huán)境下變化規(guī)律，可滿足空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間站關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)的需求。
【專利說明】空間植物培養(yǎng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間植物培養(yǎng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)(簡稱CELSS)，是人類開展未來長時間、遠(yuǎn)距離、多乘員載人航天活動可以信賴的先進(jìn)系統(tǒng)。在空間站栽培植物是開展CELSS系統(tǒng)研究的前提，也是近幾年各國在空間站重點(diǎn)研究的領(lǐng)域。在現(xiàn)有的整個載人艙內(nèi)宇航員也只能整天吃壓縮食品，吃不到新鮮食物，這嚴(yán)重影響到在微重力下宇航員的身心健康，也影響到以后長時間滯留于空間站。因此，在飛行艙內(nèi)引入綠色植物勢在必行，它不僅可以吸收宇航員呼吸作用所產(chǎn)生的C02，釋放出02，還可以在生育期內(nèi)收獲新鮮的蔬菜供宇航員食用，一舉多得。
[0003]國內(nèi)現(xiàn)有的空間植物培養(yǎng)裝置，大多數(shù)采用瓊脂培養(yǎng)基或者毛細(xì)材料作為基質(zhì)培養(yǎng)植物，水分和營養(yǎng)物質(zhì)是一次性的，培養(yǎng)時間短，很難完成植物整個生育期的栽培。研制出的裝置有的僅作為地面試驗(yàn)裝置，無法驗(yàn)證其上天可行性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有的空間植物栽培裝置培養(yǎng)時間短無法適應(yīng)植物整個生育期栽培的問題進(jìn)行了改進(jìn)，本發(fā)明采用植物濕潤栽培方法，配置閉式培養(yǎng)液灌流供給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小型植物長期培養(yǎng)試驗(yàn)所需的生長監(jiān)控和綜合環(huán)境監(jiān)測功能，旨在應(yīng)用于在軌飛行試驗(yàn)。
[0005]本發(fā)明的具體實(shí)施方案是:一種空間植物培養(yǎng)裝置，包括一培養(yǎng)箱，所述培養(yǎng)箱由一縱向隔板分割形成左右兩個腔室，所述左腔室設(shè)有上下兩層，上層設(shè)有紅萍濕潤栽培盤，下層設(shè)有蔬菜濕潤栽培盤，所述右腔室設(shè)有種苗栽培盤，所述紅萍濕潤栽培盤、蔬菜濕潤栽培盤和種苗栽培盤上方均設(shè)有用于給予植物光照的LED燈板，所述右腔室還設(shè)有用于提供植物培養(yǎng)液的囊式集液箱和用于驅(qū)`動培養(yǎng)液循環(huán)的蠕動泵。
[0006]進(jìn)一步的，所述紅萍濕潤栽培盤與蔬菜濕潤栽培盤底部至下而上均鋪設(shè)有蓄水保水基質(zhì)層、滲水支撐基質(zhì)層和扎根生長層，所述蓄水保水基質(zhì)層為多孔陶瓷顆粒，種苗栽培盤內(nèi)設(shè)有蓄水保水基質(zhì)層，所述蓄水保水基質(zhì)層均布有帶有滲水孔的滲水管路。
[0007]進(jìn)一步的，所述蔬菜濕潤栽培盤的滲水支撐基質(zhì)層與種苗栽培盤內(nèi)還設(shè)置若干定植圈，所述定植圈按植物不同生育期的株行距排列。
[0008]進(jìn)一步的，所述囊式集液箱設(shè)有出水口與入水口，所述滲水管路的進(jìn)水端經(jīng)蠕動泵與囊式集液箱出水口相連接，滲水管路的出水口與囊式集液箱的進(jìn)水口相連接形成水分和養(yǎng)料供給回路。
[0009]進(jìn)一步的，所述囊式集液箱內(nèi)還設(shè)有水溫傳感器、水加熱器、水壓傳感器和補(bǔ)液□。
[0010]進(jìn)一步的，所述培養(yǎng)箱左腔室內(nèi)壁上設(shè)有供氣導(dǎo)流柵，所述供氣導(dǎo)流柵前端設(shè)有微型通風(fēng)扇。
[0011]進(jìn)一步的，所述LED燈板與設(shè)置于右腔室上方的光源驅(qū)動板及LED無級調(diào)光板電連接電連接，所述LED燈板上設(shè)有83 %紅光LED和17 %藍(lán)光LED，所述光源板面上還涂覆有可提高光照強(qiáng)度及均勻度的鏡面反射涂層。
[0012]進(jìn)一步的，所述紅萍濕潤栽培盤、蔬菜濕潤栽培盤及種苗栽培盤內(nèi)設(shè)有介質(zhì)濕度傳感器和光合有效福射傳感器。
[0013]進(jìn)一步的，所述培養(yǎng)箱還配置了大氣環(huán)境因子適時監(jiān)測裝置和報警裝置，
進(jìn)一步的，所述培養(yǎng)箱右腔室側(cè)壁上設(shè)有控制箱所述控制箱內(nèi)設(shè)有主控電路板，雙路高清晰攝像頭和觸摸顯示屏，所述主控電路板與培養(yǎng)箱內(nèi)的傳感器、監(jiān)測裝置、報警裝置相連接。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(1)空間站不存在水界面，發(fā)明裝置采用濕潤栽培法，在植物濕潤栽培盤內(nèi)蓄水保水基質(zhì)層中的濕養(yǎng)介質(zhì)始終保持充分濕潤狀態(tài)，且介質(zhì)表面無明水滲出。本發(fā)明在植物栽培盤中還設(shè)置濕度傳感器，通過控制蠕動泵輸出流量與蠕動泵間歇工作周期，結(jié)合閉式培養(yǎng)液囊式集液箱供給給滲水管路，在確保介質(zhì)表面無明水滲出前提下，為植物提供養(yǎng)分和水分。植物濕潤栽培方法的實(shí)現(xiàn)，突破了空間植物栽培局限于組培苗或幼苗期，這方面將與國際先進(jìn)水平接軌。
[0015](2)該發(fā)明裝置在培養(yǎng)箱內(nèi)置有紅萍濕潤栽培盤和蔬菜濕潤栽培盤，由于紅萍、生菜、西洋菜和苦苣等植物均屬色拉型蔬菜，具有生長速度快、定植后生育期短、株高較矮、經(jīng)濟(jì)系數(shù)高和食用口感佳等特點(diǎn)，適合在空間植物培養(yǎng)裝置內(nèi)栽培；研究這些植物的群體、個體光合效率和生物產(chǎn)量高效生產(chǎn)周期及其在空間微重力環(huán)境下變化規(guī)律，旨在為自循環(huán)CELSS系統(tǒng)中植物的物質(zhì)和能量供應(yīng)效率提供理論依據(jù)，符合開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間站關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)的需求，為我國載人航天后續(xù)工程的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。
[0016](3)發(fā)明中的LED光源系統(tǒng)設(shè)計重點(diǎn)考慮了對植物光合效率的影響。采用83%紅光LED和17%藍(lán)光LED作為植物光合作用主動輻射光源。由于LED燈板與介質(zhì)表面間距較小時，光照均勻度明顯不好，特別是藍(lán)光LED數(shù)量很少，僅占17%，大部分植物葉面得不到藍(lán)光照射，影響植物的形態(tài)建成。因此，本發(fā)明在光源板面上增加鏡面反射涂層，以提高光照強(qiáng)度及其均勻度，進(jìn)而提高植物的光合產(chǎn)量。
[0017](4)本發(fā)明具備自身完整的紅萍和矮小色拉型蔬菜全生育期生長所需的植物培養(yǎng)液供給系統(tǒng)和LED光照系統(tǒng)及其監(jiān)控系統(tǒng)，能在線參數(shù)設(shè)定、自動存儲記錄和智能控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為圖1中A-A剖視圖。
[0020]圖中:1_培養(yǎng)箱，2-隔板，3-左腔室，4-右腔室，5-紅萍濕潤栽培盤，6_蔬菜濕潤栽培盤，7-種苗栽培盤，8-LED燈板，9-光源驅(qū)動板，10-LED無級調(diào)光板，31供氣導(dǎo)流柵，41-囊式集液箱，44-攝像頭，45-觸摸顯示屏，51 (61、71)-蓄水保水基質(zhì)層，52 (62)-滲水支撐基質(zhì)層，63-滲水管路，64 (74)-定植圈，65-介質(zhì)濕度傳感器，66-光合有效福射傳感器。
【具體實(shí)施方式】[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]如圖1~2所不,一種空間植物培養(yǎng)裝置,包括一培養(yǎng)箱I,所述培養(yǎng)箱I由一縱向隔板2分割形成左右兩個腔室，所述左腔室3設(shè)有上下兩層，上層設(shè)有紅萍濕潤栽培盤5，下層設(shè)有蔬菜濕潤栽培盤6，所述右腔室設(shè)有種苗栽培盤7，所述紅萍濕潤栽培盤5，蔬菜濕潤栽培盤6，種苗栽培盤7上方均設(shè)有用于給予植物光照的LED燈板8，所述右腔室4還設(shè)有用于提供植物培養(yǎng)液的囊式集液箱41和用于驅(qū)動培養(yǎng)液流動的蠕動泵42。
[0023]空間植物培養(yǎng)裝置培養(yǎng)箱I外輪廓尺寸符合空間站密閉艙內(nèi)兩個標(biāo)準(zhǔn)鎖柜單元按上下組合后的內(nèi)尺寸要求。植物栽培盤設(shè)置2層，上層為紅萍濕潤栽培盤5支承在三節(jié)導(dǎo)軌上，可以拉出或推進(jìn)，方便于分萍、收割等農(nóng)藝操作及其它維修。
[0024]所述LED燈板8與設(shè)置于右腔室4上方的方的光源驅(qū)動板9及LED無級調(diào)光板10電連接，發(fā)明中的LED光源系統(tǒng)設(shè)計重點(diǎn)考慮了對植物光合效率的影響。LED燈板8上設(shè)有83%紅光LED和17%藍(lán)光LED作為植物光合作用主動輻射光源。由于LED燈板與介質(zhì)表面間距較小時，光照均勻度明顯不好，特別是藍(lán)光LED數(shù)量很少，僅占17%，大部分植物葉面得不到藍(lán)光照射，影響植物的形態(tài)建成。因此，本發(fā)明在光源板面上增加鏡面反射涂層，以提高光照強(qiáng)度及其均勻度，進(jìn)而提高植物的光合產(chǎn)量。
[0025]所述紅萍濕潤栽培盤5與蔬菜濕潤栽培盤6至上而下均鋪設(shè)有蓄水保水基質(zhì)層51(61，71)、滲水支撐基質(zhì)層52 (62)和扎根生長層63，所述蓄水保水基質(zhì)層51 (61)為多孔陶瓷顆粒，種苗栽培盤7內(nèi)設(shè)有蓄水保水基質(zhì)層71，所述蓄水保水基質(zhì)層51 (61、71)均布有帶有滲水孔的滲水管路63。所述蔬菜濕潤栽培盤6的滲水支撐基質(zhì)層61與種苗栽培盤內(nèi)還設(shè)置若干定植圈64 (74)，所述定植圈64 (74)按植物的株行距排列。在紅萍濕潤栽培盤5、蔬菜濕潤栽培盤6及種苗栽培盤7內(nèi)設(shè)有介質(zhì)濕度傳感器65和光合有效福射傳感器66 (圖中只示意蔬菜濕潤栽培盤內(nèi)的介質(zhì)濕度傳感`器和光合有效輻射傳感器)。
[0026]所述囊式集液箱41設(shè)有出水口與入水口，所述滲水管路63的進(jìn)水端經(jīng)蠕動泵42與囊式集液箱41出水口相連接，滲水管路63的出水口與囊式集液箱41的進(jìn)水口相連接形成養(yǎng)料供給回路。
[0027]由于現(xiàn)有的瓊脂培養(yǎng)基或者毛細(xì)材料作為基質(zhì)培養(yǎng)植物，營養(yǎng)物質(zhì)是一次性的，培養(yǎng)時間短，很難完成植物整個生育期的栽培，因此本發(fā)明采用采用濕潤栽培法，在植物栽培盤內(nèi)蓄水保水基質(zhì)層51 (61、71)中的濕養(yǎng)介質(zhì)始終保持充分濕潤狀態(tài)，且介質(zhì)表面無明水滲出，植物栽培盤中還設(shè)置介質(zhì)濕度傳感器65，通過傳感器的數(shù)據(jù)利用控制蠕動泵42輸出流量與蠕動泵42間歇工作周期，結(jié)合閉式培養(yǎng)液囊式集液箱41供給給滲水管路63，在確保介質(zhì)表面無明水滲出前提下，為植物提供養(yǎng)分和水分。
[0028]所述囊式集液箱41內(nèi)還設(shè)有水溫傳感器、水加熱器、水壓傳感器和補(bǔ)液口 411。以實(shí)現(xiàn)對供給植物營養(yǎng)液的水溫、水壓反饋及植物營養(yǎng)液的加熱和補(bǔ)充。
[0029]所述培養(yǎng)箱I左腔室3內(nèi)壁上設(shè)有供氣導(dǎo)流柵31，所述導(dǎo)流柵31前端設(shè)有通風(fēng)扇，培養(yǎng)箱2內(nèi)還配置了大氣環(huán)境因子適時監(jiān)測裝置和報警裝置。
[0030]由于發(fā)明中的培養(yǎng)箱I是與外界隔絕的，因此設(shè)置了氣體交換回路設(shè)備。當(dāng)在軌飛行需要進(jìn)行植物光合作用試驗(yàn)時，可關(guān)閉供氣導(dǎo)流柵31前端的通風(fēng)扇及各個回路，培養(yǎng)箱內(nèi)即形成受控密閉艙，通過大氣環(huán)境因子適時監(jiān)測裝置測定艙內(nèi)O2和CO2濃度，計算植物群體光合效率。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束后，再次打開通風(fēng)扇及各個回路，培養(yǎng)箱I內(nèi)外氣體即可流通。[0031]所述培養(yǎng)箱2右腔室4側(cè)壁上設(shè)有控制箱所述控制箱43內(nèi)設(shè)有主控電路板，雙路高清晰攝像頭44和觸摸顯示屏45，所述主控電路板與培養(yǎng)箱內(nèi)的傳感器、監(jiān)測裝置、報警裝置相連接。
[0032]本發(fā)明具備自身完整的紅萍和矮小色拉型蔬菜全生育期生長所需的植物培養(yǎng)液供給系統(tǒng)和LED光照系統(tǒng)及其監(jiān)控系統(tǒng)，能在線參數(shù)設(shè)定、自動存儲記錄和智能控制。然而，對大氣環(huán)境因子，本發(fā)明只有監(jiān)測功能，而沒有控制功能。因此，本發(fā)明機(jī)箱內(nèi)外氣體環(huán)境隔離，并設(shè)置了氣體交換回路可程控系統(tǒng)。當(dāng)在軌飛行需要進(jìn)行植物光合作用試驗(yàn)時，關(guān)閉供氣導(dǎo)流柵前端的通風(fēng)扇及各個回路，機(jī)箱內(nèi)即形成受控密閉艙，通過測定艙內(nèi)02和C02濃度，計算植物群體光合效率。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束后，打開通風(fēng)扇及各個回路，機(jī)箱內(nèi)外氣體即可交流。
[0033]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本 發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種空間植物培養(yǎng)裝置，包括一培養(yǎng)箱，其特征在于，所述培養(yǎng)箱由一縱向隔板分割形成左右兩個腔室，所述左腔室設(shè)有上下兩層，上層設(shè)有紅萍濕潤栽培盤，下層設(shè)有蔬菜濕潤栽培盤，所述右腔室設(shè)有種苗栽培盤，所述紅萍濕潤栽培盤、蔬菜濕潤栽培盤和種苗栽培盤上方均設(shè)有用于給予植物光照的LED燈板，所述右腔室還設(shè)有用于提供植物培養(yǎng)液的囊式集液箱和用于驅(qū)動培養(yǎng)液循環(huán)的蠕動泵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間植物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述紅萍濕潤栽培盤與蔬菜濕潤栽培盤至下而上均鋪設(shè)有蓄水保水基質(zhì)層、滲水支撐基質(zhì)層和扎根生長層，所述蓄水保水基質(zhì)層為多孔陶瓷顆粒，種苗栽培盤內(nèi)設(shè)有蓄水保水基質(zhì)層，所述蓄水保水基質(zhì)層均布有帶有滲水孔的滲水管路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種空間植物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述蔬菜濕潤栽培盤的滲水支撐基質(zhì)層與種苗栽培盤內(nèi)還設(shè)置若干定植圈，所述定植圈按植物不同生育期的株行距排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種空間植物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述囊式集液箱設(shè)有出水口與入水口，所述滲水管路的進(jìn)水端經(jīng)蠕動泵與囊式集液箱出水口相連接，滲水管路的出水口與囊式集液箱的進(jìn)水口相連接形成植物培養(yǎng)液供給回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間植物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述囊式集液箱內(nèi)還設(shè)有水溫傳感器、水加熱器、水壓傳感器和補(bǔ)液口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間植物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述培養(yǎng)箱左腔室內(nèi)壁上設(shè)有供氣導(dǎo)流柵，所述供氣導(dǎo)流柵前端設(shè)有微型通風(fēng)扇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間植物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述LED燈板與設(shè)置于右腔室上方的光源驅(qū)動板及LED無級調(diào)光板電連接，所述LED燈板上設(shè)有83%紅光LED和17%藍(lán)光LED，所述光源板面上還涂覆有可提高光照強(qiáng)度及均勻度的鏡面反射涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間植物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述紅萍濕潤栽培盤、蔬菜濕潤栽培盤及種苗栽培盤內(nèi)設(shè)有介質(zhì)濕度傳感器和光合有效輻射傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間植物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述培養(yǎng)箱內(nèi)還配置了大氣環(huán)境因子適時監(jiān)測裝置和報警裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間植物培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述右腔室側(cè)壁上設(shè)有控制箱所述控制箱內(nèi)設(shè)有主控電路板，雙路高清晰攝像頭和觸摸顯示屏，所述主控電路板與培養(yǎng)箱內(nèi)的傳感器、監(jiān)測裝置、報警裝置相連接。
【文檔編號】A01G9/20GK103477911SQ201310408133
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】陳敏, 楊有泉, 鄧素芳, 林營志, 劉暉 申請人:福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所