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密闭系统中光强和光照时间对小麦的交互作用
目的 研究密闭系统中光强和光照时间对小麦生长发育及生产效率的交互作用,并以此为依据优化受控生态生保系统(CELSS)中小麦培养的光照策略.方法 实验采用双因素正交设计,光照强度和光照时间各设置4个水平,比较各处理小麦的生理指标及生产效率差异.结果 小麦生育期随着光照强度增强或光照时间延长而缩短.光照强度和光照时间均能通过改变光能输入量而对小麦生长发育及产量产生显著影响,小麦光合速率和产量均随着光能输入量的增加而提高.但在相同的光能输入量下,低光照强度+长光照时间的处理收获指数(HI)、粒叶比(GLR)和产量均显著高于高光照强度+短光照时间的处理.随着光照强度增加,小麦的收获指数和粒叶比显著降低;而随着光照时间延长,收获指数和粒叶比显著提高.能量利用效率方面,无论光照强度增强还是光照时间延长,都会导致能效比降低,但光照强度增强时能效比降低更明显.结论 光照强度增强和光照时间延长均可增产,但高光照强度对营养体生长促进作用更强,而长光照时间对籽粒积累促进作用更强,因此长光照时间下小麦生产更为高效,源库协调性更好.在能源匮乏的载人航天环境下,利用长光照时间提高小麦产量能源利用率更高,系统的经济性和节能性更好.经推算,该环境下,23 m2小麦可满足1名航天员对碳水化合物的需求.
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固态胺二氧化碳去除系统中反应罐的设计
目的设计一种能满足长期载人航天器内固态胺吸附/水蒸气解吸CO2控制系统要求的反应罐. 方法根据系统要求及固态胺本身特性,解决如下关键问题:(1)额定的阻力损失需要减少床高与吸附、浓缩需要增加床高的问题;(2)有限的解吸热量与一定解吸温度保持的问题;(3)微重力下如何适应固态胺的膨胀与收缩的问题. 结果成功地实现了CO2的吸附、解吸及浓缩,系统可控制座舱CO2浓度在0.5%以下,浓缩的CO2浓度>95%,可直接进入CO2还原系统,系统阻力低于160 mmH2O,解吸能耗降到650 W以下. 结论设计的反应罐能满足微重力条件下固态胺二氧化碳去除系统的要求.
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Sabatier反应低温催化剂研究
目的研制用于大气再生技术Sabatier二氧化碳还原反应的低温催化剂,以降低Sabatier反应的起动温度.方法从催化剂活性组分、载体的选择、催化剂的制备方法和条件等方面进行低温催化剂的设计研制,建立催化剂性能测试装置,对低温催化剂的性能进行实验研究.结果研制了以钌为催化剂活性组分,以活性r-Al2O3为载体的Sabatier反应低温催化剂,其反应起动温度可降到110℃,起动时间8 min;在温度为200～300℃时,贫组分一次通过转化率均高于95%;产物水较为纯净,无色透明,呈中性.结论 Sabatier反应低温催化剂的性能达到了设计目的,有进一步研究的价值.
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受控环境中二氧化碳浓度对生菜生长发育的影响
目的研究受控生态生保系统中获得高产优质美湖包心生菜的二氧化碳高浓度极限值. 方法在新近建成的空间高等植物栽培地面实验装置中,进行了5批次不同二氧化碳浓度实验(2000～10000 μmol.mol-1),其它诸多参数保持恒定.栽培期间进行了植株形态学观察,记录了每日二氧化碳添加量、营养液补充水添加量和冷凝水收集量等,收获后进行了产量和光合效率计算及植物多种组分的分析等. 结果生菜在二氧化碳浓度为6000 μmol.mol-1时栽培效果比较理想,8000 μmol.mol-1时产量有所提高但品质略有下降,而当达到10000 μmol.mol-1时则出现明显的中毒凋亡现象,此时产量和品质均极差. 结论在上述情况下, 美湖包心生菜栽培舱内二氧化碳浓度好控制在6000 μmol.mol-1以内.
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空间高等植物栽培地面实验装置的研制
为进行受控生态生保系统试验研究,研制了地面模拟实验装置.该装置由主机、氧气和二氧化碳测控系统、植物栽培系统和整机数据管理系统组成.栽培室内胆为镜面不锈钢结构,其有效容积1.8m3,有效栽培面积1.2m2;采用电子荧光灯作光源和聚乙烯醇缩甲醛材料作根基质;栽培室内的温度、相对湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度、光周期和光强度等环境参数和营养液的pH值、电导率、溶解氧、储箱液位和供液流量等参数均实行自动调控,并通过上位机实施定期的动态巡检、采集、储存和打印.联合调试和初步植物栽培实验的结果证明该设备的性能达到了初的设计要求,能够满足今后空间植物栽培或其它生物培养地面模拟实验研究的需要.
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红萍供氧装置及其试验研究
以红萍为供O2植物设计研制了进行植物放O2研究的装置.装置是以狗为耗O2动物,设计既考虑到满足红萍生长所需要的光照、温度、湿度、营养以及分萍的要求,又考虑到狗在密封试验舱较长时间所需要解决的食物供应、排泄物的处理以及舱内温度控制等,从而使试验能在一定时间内连续进行.采用该装置进行了红萍放O2试验.结果表明,可选红萍做为供O2植物.
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固态胺CO2净化系统中的蒸汽发生器研制
目的研究蒸汽发生器中功率匹配与水汽分离的关键技术,设计、研制了蒸汽发生器装置,并对其进行试验、研究与讨论.方法通过对固态胺解吸过程进行热力学分析与实验,掌握解吸能量的分配规律,实现对设计功率大小的确定.利用表面张力的作用,研制了陶瓷芯体,实现水、汽分离,并根据总的要求设计了蒸汽发生器.结果实验证明所设计的蒸汽发生器满足了系统的要求,有效地实现了水、汽分离并与系统功率的匹配合适.结论研究的结果与方案正确,在实际的应用中切实可行.
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美国NASA高级生保计划实验模型项目研究进展
美国NASA肯尼迪空间中心的高级生保计划实验模型项目着重进行生物再生生保部件的研制,目的在于进行大气、水和食物生产的作物栽培以及用于废物循环的生物反应器的研制等.该项目的中心部件是生物量生产舱,外围15个环境受控舱和占地面积为2150 m2的实验设施.为了支持高级生保计划,该项目已经并将继续利用这些装备进行大规模的部件试验和所需相关技术的开发,以便应用于位于NASA约翰逊空间中心的栽人试验基地,以期终实现月球和火星飞行.
