Оптимизация системы освещения растений для конвейерной цилиндрической салатной оранжереи как компонента СЖО пилотируемого космического корабля

• Автор: Ерохин, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.26.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

1.1 Влияние интенсивности фотосинтетически активной радиации и концентрации

СОг на продуктивность посева и длительность товарной вегетации.

1.2. Основные подходы к моделированию фотосинтеза посева. Зависимость продуктивности от листового индекса посева.

1.3. Зависимость продуктивности посева растений от спектральных

характеристик излучения.

1.3.1 Основные требования к спектральному составу излучения источников света, применяемых в светокультуре растений

1.3.2. Характеристики современных светоизлучающих диодов

1.3.3 Конструкции светильников на основе светоизлучающих диодов для космических оранжерей.

1.3.4. Результаты вегетационных опытов с использованием светодиодных светильников.

1.4. Влияние пространственной организации светового поля на продуктивность

посева растений

ГЛ. 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ САМОРАЗДВИГАЮЩИХСЯ ПОСЕВОВ РАСТЕНИЙ НА ВЫПУКЛЫХ ПОСАДОЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ
2.1. Задача моделирования уделлыюй продуктивности космической оранжереи
и оптимизации эффективности ее работы за счт характеристик системы освещения
2.2. Модель фотосинтстической продуктивности зеленных растений в конвейерной цилиндрической оранжерее.
2.3. Исследование распределения площади фотосинтезирующих листьев по
объему посева
2.4. Моделирование распределения света в посевах зеленных растений.
2.5. Исследование фотосинтетической активности листьев в различных
ярусах посева
2.6. Особенности моделирования конвейерного цилиндрического посева и идентификация параметров математической модели.
ГЛ. 3. РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ КОНВЕЙЕРНОЙ САЛАТНОЙ ОРАНЖЕРЕИ
3.1. Оценка влияния эффекта самораздвнжения растений на цилиндрической посадочной поверхности на продуктивность конвейерного посева.
3.2. Оптимизация параметров системы освещения с использованием разработанной модели.
3.3. Описание конструкции опытных образцов конвейерных цилиндрических салатных оранжерей ФнтоциклСД и Фитоконвейер с разработанной системой освещения
3.4. Испытания разработанной системы освещения. Результаты вегетационных опытов по выращиванию салатных культур в цилиндрических оранжереях
со светильниками на светодиодах.
Основные результаты и выводы
Список цитированных литературных источников
ПРИЛОЖЕНИЕ
Принятые сокращения
ФАР фотосинтстическиактивиая радиация СЖО система жизнеобеспечения
КМ корневой модуль
КО космическая оранжерея
МКС международная космическая станция СД светоизлучающий диод
ПИФ плотность потока фотонов
ВВЕДЕНИЕ


Интенсивные исследования и разработки по применению светоизлучающих диодов СД высокой интенсивности в светокультуре растений ведутся с начала х годов в ряде лабораторий мира. Перечисленные свойства СД делает их весьма перспективными для применения п космических оранжереях. Вследствие этого в прототипе космической конвейерной производственной оранжереи впервые для российских разработок предложено использовать светильник на основе светоизлучающих диодов. Другой задачей работы являлась расчетная и экспериментальная опенки в наземных условиях производительности и эффективности вегетационной установки с конвейерным самораздвнгающнмся посевом пекинской капусты. Биологическая продуктивность посева определяется интенсивностью процессов фотосинтеза и дыхания растений. Одним из основных факторов, влияющих па интенсивность фотосинтеза посевов зеленных растений, является световой режим. Установление количественной зависимости продуктивности посева от характеристик светового ноля, создаваемого светильником для освещения посева в ростовой камере, дает возможность наиболее полно интерпретировать результаты проводимых вегетационных опытов с растениями, а также позволяет в ряде случаев предсказать, как скажется изменение параметров установки на продуктивности посева. Наличие таких данных позволяет также оптимизировать конструкцию вегетационной камеры и светильника. Нам также представлялось важным провести углублнный количественный анализ различии между саморазлагающимися посевами на выпуклых посадочных поверхностях и традиционными плоскими посевами и оценить потенциальные преимущества, которые может дать эффект самораздвиження в повышении удельной продуктивности оранжереи. Для решения указанных задач была разработана компьютерная модель продуктивности посевов, выращиваемых на выпуклых посадочных поверхностях к реализующая ее программа в среде программирования МАТЬ А В V. Компьютерная модель была использована при разработке прототипов вегетационных установок с самораздвигающимнся посевами и светильниками па основе светоизлучающих диодов Фитоцикл СД и Фитоконвейер, моделирования их потенциальной продуктивности и анализа их эффективности. Были проведены многочисленные опыты по выращиванию посевов Пекинской капусты в установке Фитоцикл СД. Данные вегетационных опытов совместно с расчетами позволяют сделать вывод о высокой эффективности полетного прототипа вегетационного комплекса Фнтоконвсйер. Таким образом, работы по теме данной диссертации явились новым и необходимым этапом разработки производственной космической оранжереи для СЖО космических экипажей. Основные задачи, которые были поставлены и решены для достижения указанной
1. Анализ характеристик искусственных источников света и их влияния на рост и развитие растений обоснование выбора источников света для конвейерной цилиндрической салатной космической оранжереи. Разработка математической модели продукционного процесса в самораздвигающихся посевах на выпуклой цилиндрической посадочной поверхности и создание на се основе компьютерной программы, позволяющей моделировать результаты вегетационных опытов и оптимизировать конструкцию и режим работы блока освещения. Разработка блоков освещения на светодиодах для прототипов цилиндрических космических оранжерей Фитоцикл СД и Фитокоивейер и оптимизация светового режима конвейерной цилиндрической салатной космической оранжереи с использованием разработанной модели. Разработка модели продукционного процесса в самораздвигающихся посевах на выпуклой цилиндрической посадочной поверхности основывалась на данных теории фотосинтетическон продуктивности растений и на результатах вегетационных опытов, проведенных в пашей лаборатории ранее, а также выполненных автором в процессе диссертационной работы. Результаты моделирования также были многократно проверены путем измерений в опытах с растениями. При выполнении работы было проведено около вегетаций пекинской капусты общей продолжительностью 0 дней. Конструктивные решения отрабатывались экспериментально на физических лабораторных моделях. Фитоцикл СД. МАТЬАВ 6. Фитоконвейер.