[發明專利]一種空間微重力下蔬菜栽培的水分供給裝置

無效

• 申請號: 201010166816.3
• 申請日: 2010-05-06
• 公開（公告）號: CN101810127A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 劉紅;付玉明
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A01G27/06
• 分類號: A01G27/06;A01G31/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種空間微重力下的蔬菜栽培的水分供給裝置，主要用于長時間、遠距離的深空載人探測飛船以及長期有人逗留空間站內進行蔬菜栽培時提供高效的水分供給。

背景技術

隨著航空生命保障技術的發展，人們越來越意識到新鮮綠色蔬菜對深空探測飛船的宇航員的重要性。綠色蔬菜不僅能夠為有限空間內的宇航員提供視覺心理安慰，更為關鍵的是它還能夠為宇航員提供新鮮綠色維生素與生物活性物質，滿足機體的生理需求，降低服用合成維生素的潛在危險。目前，航天界已經逐步開展深空探測飛船的新鮮綠色蔬菜供給裝置研究。在空間微重力下實現綠色蔬菜連續栽培一個關鍵的問題就是如何實現在空間條件下蔬菜根部水分的穩定供給。

當前，空間蔬菜栽培水分供給裝置主要采取基于栽培基質濕度的濕度感器反饋控制系統。這種基于信號反饋的供水裝置不足主要體現在：①由于連續栽培過程中存在收獲時模塊拆卸與種植時模塊的再組裝，使得傳感器觸點與環境基質位置或角度的改變，從而造成傳感器信號輸出不具有重復性；②傳感器的輸出容易受到植物根系的干擾；③由于栽培基質的毛細物質作用使得傳感器輸出存在很大的滯后性，容易產生錯誤信號輸出。④每次收獲或基質更新時，傳感器的重復安裝操作同樣增加了航天員的勞作強度。此外，這種水分供給裝置往往會使栽培基質濕潤不均，各處的含水量相差較大，波動幅度較大。栽培基質含水量的大幅波動會使植物遭受旱澇脅迫，增加病蟲害的發生，同時水分供給過剩容易導致硝態氮肥被淋移出作物根區以外，影響植物的正常生長。這種現象就曾在和平號空間站“SVET”蔬菜栽培裝置中發生過。

發明內容

本發明創造的目的在于提供一種空間微重力下的蔬菜栽培的水分供給裝置，本裝置不僅能夠在空間微重力下為蔬菜培養提供穩定的水分供給，同時還能具有除氣、凈化、節水、省力、操作簡便等優點。

為了達到上述目的，采取的技術方案是：本實驗裝置由水箱1，密閉缸4，栽培模塊20，壓力傳感器12、過濾器14，氣液分離器15，蠕動泵16、可編程控制器19組成。水箱1通過第一水管支路21、第一電磁閥2與密閉缸4相連。密閉缸4內的活塞24利用步進電機5、絲杠螺母6提供動力，實現活塞24的上升下降。密閉缸4通過第二水管支路22、第二電磁閥3與栽培模塊20內部的多孔管7的一端相連。多孔管7外部從內向外依次緊密包裹親水材料層8、含有緩釋肥的栽培基質層10、外被覆膜層25，它們被固定于栽培支架9內部。栽培支架具有栽培種蔬菜的種植孔11。多孔管7的一端與第三水管支路23相連。第三水管支路23上依次裝有第三電磁閥開關26、水壓傳感器12、第四電磁閥開關13、過濾器14、氣液分離器15、蠕動泵16與第五電磁閥17。步進電機5、壓力傳感器12、蠕動泵16以及所有電磁閥通過導線18與可編程控制器19相連。

利用壓力傳感器12的壓力信號反饋給可編程控制器19控制步進電機5，步進電機5進一步通過絲杠螺母6對密閉活塞24控制，使得多孔管7內的水壓強大小始終控制在略小于外部環境氣壓的情況下。在這這種情況下，親水材料層6與栽培基質8毛細作用力所產生的勢能可以讓水會通過多孔管7、親水材料層8進入栽培基質層10內，溶解栽培基質內的緩釋肥料，提供給蔬菜生長所需的水分與肥料。為了防止多孔管內出現大量氣泡造成栽培基質水分分布不均，避免蔬菜根部代謝釋放的有機化學物質堵塞多孔管7或對裝置產生化學性負面效應，減少壓力傳感器長期工作的誤差累積，要定期通過打開水管支路23，從多孔管7內抽水至水箱1中，在這個過程中利用過濾器14、氣液分離器15、蠕動泵16實現供水的凈化與除氣。

所述的多孔管的擊穿壓強為5-12kPa。

所述的親水材料層由聚乙烯醇海綿構成，厚度為2-8mm，吸水膨脹系數為200-300％。

所述的水管支路由直徑為6-7mm黑色軟管構成。

本發明的有益效果是完全根據蔬菜自身對水量的需求，通過多孔管7持續地向栽培基質10提供水分，栽培基質含水量變化幅度穩定，有利于蔬菜的生長以及高效利用水分。當收獲或更換基質時只需關閉電磁閥3與26后取下栽培模塊，無需對其他管路單元進行調整、重復裝卸，操作簡便，可降低航天員的勞作強度。

附圖說明

圖1是本發明的示意圖。

圖2是栽培模塊20的放大圖。