Разработка метода и аппаратуры корневого снабжения для салатных оранжерей в системах жизнеобеспечения экипажей космических летательных аппаратов

• Автор: Кривобок, Николай Маркович
• Шифр специальности: 05.26.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГЛ. 1. СВЯЗЬ ПРОДУКТИВНОСТИ РАСТЕНИЙ С ФАКТОРАМИ СРЕДЫ КОРНЕОБИТАЕМОЙ ЗОНЫ

1.1. Связь продуктивности растений с основными факторами среды в почвенном слое

1.1.1. Транспирация и водные потенциалы в тканях растений и почве. Доступность почвенной влаги для растений в полевых условиях

1.1.2. Роль аэрации корнеобитаемой среды растений. Основные модели аэрации

1.1.3. Влияние факторов минерального питания в почве на продуктивность растений

1.2. Особенности корневого снабжения растений в корневых модулях применительно к производственной космической оранжерее
1.2.1. Проблемы оптимизации водного потенциала и аэрации в корневых модулях для наземных условий и невесомости
1.2.1.1. Методы определения границ допустимого диапазона водных потенциалов в корневых модулях •
1.2.1.2. Методика и результаты экспериментального определения диапазона оптимальных водных потенциалов
-1.2.2. Обеспечение минерального питания растений в соленасыщенных пористых ионообменных субстратах
1.2.3. Влияние физических свойств корнеобитаемой среды и конструктивных параметров корневого модуля на рост и развитие растений
ГЛ. 2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОРНЕВОГО СНАБЖЕНИЯ С РЕВЕРСИВНОЙ ВОДОПОДАЧЕЙ
2.1. Разработка способа и устройства системы корневого снабжения с реверсивной водоподачей в корневой модуль
2.1.1. Преимущества и недостатки известных систем корневого снабжения для космических оранжерей
2.1.2. Описание разработанной системы корневого снабжения с реверсивной водоподачей
2.1.3. Разработка конструкции корневого модуля для системы корневого снабжения с
реверсивной водоподачей
2.1.4. Разработка макета и циклограммы работы системы корневого снабжения с реверсивной водоподачей

2.2. Разработка СКС с реверсивной водоподачей в КМ для конвейерной космической оранжереи с цилиндрической посадочной поверхностью
2.2.1. Разработка блока корневых модулей для выращивания конвейерного посева зеленных растений в оранжерее с цилиндрической посадочной поверхностью
2.2.2. Разработка гидравлической схемы и циклограммы работы блока водообеспечения для системы корневого снабжения конвейерной оранжереи
ГЛ. 3. РАСЧЁТ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ КОРНЕВОГО СНАБЖЕНИЯ ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ КОНВЕЙЕРНОЙ ОРАНЖЕРЕИ
3.1. Задачи оптимизации параметров системы корневого снабжения
3.2. Разработка и идентификация общих математических моделей движения воды в корневых модулях с пористым почвозаменителем
3.3. Расчет оптимальных размеров цилиндрических корневых модулей и блока корневых модулей для конвейерной оранжереи
3.4. Расчёт параметров циклограммы работы системы реверсивной водоподачи для СКС
3.4.1. Расчёт времени и объема закачки воды в КМ (фаза I)
3.4.2. Расчёт длительности паузы между закачкой и откачкой воды в корневой модуль
3.4.3. Расчёт длительности периода откачки воды из корневого модуля
3.4.3.1. Оценка длительности переходного процесса откачки воды из КМ после длительной вегетации растений
3.4.3.2. Методические проблемы экспериментального исследования влагопереноса в условиях невесомости и в наземном контроле
3.5. Апробация разработанной системы корневого снабжения растений в вегетационных опытах с зеленными растениями
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты
ВЫВОДЫ
Научно-практические рекомендации
) ЛИТЕРАТУРА
f I
Приложения: 1,2, 3
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

БВО - блок водообеспечения;
БКМ - блок корневых модулей;
БТСЖО - биолого-техническая система жизнеобеспечения;
ВП - водный потенциал;
КМ - корневой модуль;
КОКОР - космическая овощная конвейерная оранжерея;
МКС - международная космическая станция;
НД - насос-дозатор;
НМ - насос мембранный;
НЭО - наземный экспериментальный
ПРИНЯТЫЕ УШ
а - числовой коэффициент; г - длительность паузы между дозами;
V - расход воды в КМ на эвапотранспирацию и испарение;
<р - угловая координата; р - динамическая вязкость; в - краевой угол смачивания; р - плотность вещества; а - поверхностное натяжение жидкости; е - порозность, пористость; у - удельный вес;
8а - удельный объем пор аэрации;
£тр - коэффициент сопротивления трения;
В - числовой коэффициент;
С - концентрация;
Сотн - относительная концентрация;
образец;
ОГХ - основная гидрофизическая характеристика;
ОС - орбитальная станция;
ПВП - полный водный потенциал;
ППВФ — пенополивинилформаль;
ППС - потенциал продуктивности субстрата;
ППСв - весовой ППС;
ППСо - объемный ППС;
СЖО — система жизнеобеспечения;
СКС - система корневого снабжения;
Е ОБОЗНАЧЕНИЯ
D - коэффициент диффузии; d - диаметр;
Ds - коэффициент стесненной диффузии Ddkm - диаметр блока корневых модулей;
Dkm - диаметр корневого модуля;
Doth - коэффициент относительной диффузии;
F - сила;
Fkp - критическое значение распределения Фишера; д - ускорение свободного падения;
G - вес;
h, Н - высота, высота столба воды;
Нтах - максимальная высота посева в съёмном возрасте; j или j — вектор плотности потока;

корнеобитаемой среды, особенно, по мнению авторов работы /42/, в условиях микрогравитации. Этот эффект вызывается, главным образом, значительными различиями влагопроводности у верхней и нижней границ оптимальных ВП для » большинства используемых почвозаменителей.
□ Другим недостатком СКС второго типа можно назвать сложность осушения корнеобитаемой среды в случае переувлажнения из-за ошибки настройки, либо другой нештатной ситуации.
Для устранения или снижения влияния недостатков известных СКС, а также для сохранения основных их достоинств, нами была предложена СКС нового типа с принудительной реверсивной водоподачей в корнеобитаемую среду через запорную мембрану/10, 11/.
2.1.2. Описание разработанной системы корневого снабжения с реверсивной водоподачей
В основу разработки новой СКС были положены следующие положения:
> проблемы, связанные с опасностью недостаточного увлажнения удаленных от запорной мембраны зон корнеобитаемой среды, могут быть полностью устранены в
к СКС путем принудительной дозированной подачи воды в ВЗ КМ;
> проблемы с аэрацией корнеобитаемой среды, возникающие вследствие возможного переувлажнения/затопления могут быть устранены путем принудительной откачки избытка воды через запорную мембрану;
> принудительно чередующиеся затопление и откачка жидкости в корнеобитаемой среде КМ позволяют как в невесомости, так и в наземных условиях, осуществлять полив и затем аэрацию только что затопленных участков корнеобитаемой среды, подобно тому, как это обычно происходит при поливе почвы с последующим стоком свободной гравитационной воды в наземных условиях;
> стабилизация разрежения при откачке воды из корнеобитаемой среды задает ее ' остаточную влажность в конце переходного процесса, которая оценивается по ОГХ
почвозаменителя; с учетом этой влажности можно рассчитать необходимый объем

дозы воды для последующей принудительной закачки.
С учетом этих соображений нами была предложена СКС с периодической реверсивной подачей воды, включающая принудительную закачку определенной дозы воды в корнеобитаемой среду в КМ, чередующуюся с принудительной откачкой воды до фиксированного ВП в КС /10,11/.