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揭秘“月宫一号”植物舱II的植物照明技术

5月15日上午,北京航空航天大学的“月宫一号”进行的为期370天的、世界上时间最长的“月宫365”实验获得圆满成功,再次刷新了人类密闭生存的世界纪录。央视《新闻联播》、央视新闻频道等权威媒体特别报道,引发世界关注。

  “月宫一号”由1个综合舱和2个植物舱组成,总面积160平方米,总体积500立方米。综合舱包括居住间、人员交流和工作间、洗漱间、废物处理和昆虫间。每个植物舱分隔为2个植物间,可根据不同植物生长需要独立控制环境条件。

  在15日的出舱仪式中,四名志愿者带着他们在“月宫”实验舱里种植的胡萝卜、西红柿等走出舱门。

  如何在外太空的环境下种植植物?在完全没有太阳光的情况下,需要完全使用人工光源系统满足所有这些植物的生长所需,且严格限制能耗、放热,对灯具的光质、光强、光均匀度、寿命,以及防水等级和安全等级要求也非常高,还要求可长期连续不间断工作,可智能控制和手动控制自由切换。目前,只有LED照明有可能解决上述问题。

  此次月宫一号植物舱II的地面模拟太空生存系统的植物生长光源工程由北京航空航天大学刘红教授提供设计指导,厦门通秴科技有限公司研发并生产,北京欧思照明设计有限公司进行工程安装。

 


北京航空航天大学刘红教授接受采访。

 

  经过多次商讨与测试,舱内最终植物生长光源工程设计方案采用145只1米长100W智能4通道植物生长光源(灯具),162只1.2米120W智能4通道植物生长光源(灯具),6个采用2.4G6Lowpan无线通讯协议的无线智能网关,2个无线路由器组网。

  据厦门通秴科技有限公司联合创办人兼首席技术官徐虹介绍,由于植物舱Ⅱ中需要种植几十种如大豆、油莎豆等粮食作物,以及辣椒、茄子、西红柿等茄果类作物和油菜、生菜、荆芥等叶菜作物。因此,针对不同类型的作物、不同生长周期、不同时段,方案采用独立的“多通道‘’无线调光方式,以保障植物舱Ⅱ内各种植物对光的需求。

 


图:照明设计解决方案具体控制系统搭建。

 

  “月宫一号”植物舱II的地面模拟太空生存系统的植物生长光源工程,首创了4通道独立调控且峰值波长的组合符合植物光合作用吸收响应曲线,首次实现了在一个植物照明灯具(系统)上可以根据不同的作物的光合作用特征,在光质、光周期以及光量子通量密度上进行自由调控,为不同作物的光配方的研宄工作建立了系统基础。

  此外,还首次采用了IOT-6lowpan的智能控制系统,建立了包含农业专用的集成智能传感器在内的无线物联网,为现代农业以及人工智能智慧农业建立了系统基础。

  照明系统为实验的完成提供了光源支撑,带来的效益保障了“月宫365”实验中30种作物的正常生长所需的光源,为保障4人370天的生存所需蔬菜、水果和粮食做出了贡献。

  借助LED照明在农业领域的应用,人类甚至可以在太空、荒漠、戈壁等非可耕地里进行作物生产,因此植物工厂被国际上公认为设施农业的高级发展阶段,是衡量一个国家农业高技术水平的重要标志之一。此次“月宫365”实验中,四人所食用的粮食、蔬菜、水果全部由系统中利用半导体光源循环再生,实现了世界上最高的食物供给率,最高的闭合度。实验的成功不仅推动了中国航天深空探测技术的发展,更是半导体照明在农业领域应用的重大突破。

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