"月宮一號"連續運轉370天,艙內植物照明技術揭秘

5月15日上午,北京航空航天大學的“月宮一號”進行的為期370天的、世界上時間最長的“月宮365”實驗獲得圓滿成功,其中的艙內植物照明技術引發業界關注。
 

“月宮一號”由1個綜合艙和2個植物艙組成,總面積160平方米,總體積500立方米。綜合艙包括居住間、人員交流和工作間、洗漱間、廢物處理和昆蟲間。每個植物艙分隔為2個植物間,可根據不同植物生長需要獨立控制環境條件。
 

在15日的出艙儀式中,四名志願者帶著他們在“月宮”實驗艙裡種植的胡蘿蔔、番茄等走出艙門。

如何在外太空的環境下種植植物?在完全沒有太陽光的情況下,需要完全使用人工光源系統滿足所有這些植物的生長所需,且嚴格限制能耗、放熱,對燈具的光質、光強、光均勻度、壽命,以及防水等級和安全等級要求也非常高,還要求可長期連續不間斷工作,可智慧控制和手動控制自由切換。目前,只有LED照明有可能解決上述問題。
 
 

此次月宮一號植物艙II的地面類比太空生存系統的植物生長光源工程由北京航空航太大學劉紅教授提供設計指導,廈門通秴科技有限公司研發並生產,北京歐思照明設計有限公司進行工程安裝。

經過多次商討與測試,艙內最終植物生長光源工程設計方案採用145只1米長100W智慧4通道植物生長光源(燈具),162只1.2米120W智能4通道植物生長光源(燈具),6個採用2.4G6Lowpan無線通訊協定的無線智能閘道,2個無線路由器組網。
 

據廈門通秴科技有限公司聯合創辦人兼首席技術官徐虹介紹,由於植物艙Ⅱ中需要種植幾十種如大豆、油莎豆等糧食作物,以及辣椒、茄子、番茄等茄果類作物和油菜、生菜、荊芥等葉菜作物。因此,針對不同類型的作物、不同生長週期、不同時段,方案採用獨立的“多通道‘’無線調光方式,以保障植物艙Ⅱ內各種植物對光的需求。


♦ 圖:照明設計解決方案具體控制系統搭建。

“月宮一號”植物艙II的地面類比太空生存系統的植物生長光源工程,首創了4通道獨立調控且峰值波長的組合符合植物光合作用吸收回應曲線,首次實現了在一個植物照明燈具(系統)上可以根據不同的作物的光合作用特徵,在光質、光週期以及光量子通量密度上進行自由調控,為不同作物的光配方的研宄工作建立了系統基礎。

此外,還首次採用了IOT-6lowpan的智慧控制系統,建立了包含農業專用的集成智慧感測器在內的無線物聯網,為現代農業以及人工智慧智慧農業建立了系統基礎。
 

照明系統為實驗的完成提供了光源支撐,帶來的效益保障了“月宮365”實驗中30種作物的正常生長所需的光源,為保障4人370天的生存所需蔬菜、水果和糧食做出了貢獻。

借助LED照明在農業領域的應用,人類甚至可以在太空、荒漠、戈壁等非可耕地裡進行作物生產,因此植物工廠被國際上公認為設施農業的高級發展階段,是衡量一個國家農業高技術水準的重要標誌之一。此次“月宮365”實驗中,四人所食用的糧食、蔬菜、水果全部由系統中利用半導體光源迴圈再生,實現了世界上最高的食物供給率,最高的閉合度。實驗的成功不僅推動了中國航太深空探測技術的發展,更是半導體照明在農業領域應用的重大突破。
 
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