本发明专利技术公开一种以微藻为核心的小型生物再生式生命保障系统实验装置，包括生长室和活动舱。生长室内设置有光-藻反应器，光藻反应器产生的气体依次通过热交换器、水气分离器与氧气过滤器得到唯一的氧气，排入活动舱内；活动舱用来放置小型生物，小型生物呼吸及代谢产生的气体通过压缩机进入到生长室，通过聚丙烯中空纤维膜接触器分离出CO2及H2S，排入到光藻反应器内。本发明专利技术实验装置还在活动舱中设计有为小型生物喂食的食物投放隔层与食物投放通道，以及用来回收小型生物排泄物的排泄物清理隔层。本发明专利技术的优点在于：采用的光藻反应器设计与运行均比较成熟，具有很强的技术可控性和可恒化培养性，能够实现生物再生式生命保障系统中的CO2和O2循环再生。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间生命保障
，具体来说，是一种将微藻光合作用与小型生物呼吸作用相耦合以实现空气循环的小型生物再生式生命保障系统实验装置，该装置解决了小型生物再生式生命保障系统内的空气循环再生问题。
技术介绍
未来航天事业的发展方向必然是长时间、远距离、多乘员的载人空间飞行、深空探测和星球定居。生命保障系统是任何载人航天器必备的系统，是航天技术从无人航天向载人航天发展必须首先要突破的关键技术之一。其中，生物再生式生保系统(Bioregenerative LifeSupport System,简称为BLSS)又称受控生态生保系统(Controlled EcologicalLife-Support System, CELSS),是一种模拟地球的、迷你型的、简单化的人工生态系统，是以粮食蔬菜等高等植物、微藻和微生物等生物部件为核心，按照自然生态系统运行原理，进行系统内食物、氧气和水等的再生，从而为未来进行长期空间飞行与深空探测的航天员提供全部最基本的生保物资。而且受控生态生保系统可以大大降低后勤保障费用和技术难度，并能显著提高飞行的安全可靠性和舒适性。20世纪60年代初，在载人航天刚刚起步之时，美国和前苏联的生命保障技术专家和生物学家就开始了对生物再生生命保障系统的探索。BLSS是目前世界上最先进的闭环回路生命保障技术。在这个系统内，生物和非生物以闭路形式进行物质与能量的交换，不断地为乘员提供氧气、水分和食物，除了阳光以外，基本上无需系统外补给，维持人和动物的生存，建立一种稳定的动态平衡的生态环境。这是一种最为复杂的第三代环控生保系统，适用于长期载人太空飞行。BLSS在结构上主要由两部分构成:一部分是以高等植物和微藻为代表的自养单元；另一部分是由人、动物、微生物以及物理化学设备等组成的异养单元。前苏联早期对BLSS的研究主要集中在利用藻类进行空气再生和废水的净化的问题上，在其进行的B10S-1 “人-藻类”系统实验证明，人类呼吸所需空气可以由持续光藻反应器维持，而且大气的CO2和O2可得以稳定；人类和微藻在气体交换上有生物兼容性，彼此放出的气体可以相互利用；微藻的同化熵和人的呼吸熵的差异可以通过修正饮食而去除。美国宇航局在最初成立的很长时间内对BLSS的研究主要精力都在微藻上，利用微藻来净化空气。欧洲航天局构建的MELiSSA系统研究了通过在营养、pH、温度等不受限制的条件下对比地面微重力下螺旋藻产生O2的速率，分析微重力对其生长的影响。同时，BIORAT实验研究了微重力条件下将螺旋藻反应器与老鼠之间进行的C02/02的气体交换情况，同时建立起一套适用于空间微重力条件下开展藻-鼠联合实验的密闭实验装置。研究表明，在藻-鼠联合实验的密闭实验装置的地面样机中进 行C02/02的循环是完全可行的。国内为了进行受控生态生保系统的空间搭载验证试验研究，中国航天员科研训练中心先后研制成空间植物栽培装置、空间微生物废物处理装置和空间微藻光生物反应器等多台地面试验样机，并进行了长期有效的地面验证试验考核。
技术实现思路
本专利技术提出一种利用微藻光合作用与小型生物呼吸作用相耦合实现空气循环的小型生物再生式生命保障系统实验装置，包括生长室与活动舱；所述生长室密闭，内部设置有光藻反应器、热交换器、水气分离器、氧气过滤器以及聚丙烯中空纤维膜接触器；其中，热交换器通过管路与光藻反应器内部连通，并通过管路依次连接水气分离器、氧气过滤器；氧气过滤器通过管路与活动舱连通；水气分离器与通过管路连接集水槽；聚丙烯中空纤维膜接触器通过管路分别与光藻反应器以及活动舱连通；所述活动舱密闭，内部设置有小型生物放置笼、活动舱光源、食物投放隔层、橡胶软手套、食物通道、排泄物清理隔层、压缩泵与抽气泵；其中，小型生物放置笼内底面与活动舱底面间通过隔板A隔开，形成密闭的排泄物清理隔层；排泄物清理隔层底面为可开和结构，顶面与隔层侧面间采用滑动连接，且滑动方向上的一条侧边与活动舱外部连通并连接把手A，通过拉动把手A实现排泄物清理隔层的顶面滑动抽出；在活动舱内部上方与内部顶面间通过隔板B隔开，形成密闭的食物投放隔层；食物投放隔层顶面为可开合结构；活动舱内一侧与活动舱内侧壁间还通过隔板C隔开，形成食物通道；食物通道分别与食物投放隔层以及小型生物活动笼连通，且食物通道与食物投放隔层连通处通过密封板密封；密封板为可抽拉结构，一条侧边与活动舱外部连通后连接把手B ;上述食物投放隔层底面上开有两个手套安装口，每个手套安装口处通过连接一只橡胶软手套密封。所述压缩泵安装在活动舱内壁上，与聚丙烯中空纤维膜接触器和活动舱的连通管路相连；所述抽气泵通过管路分别与活动舱外部、排泄物清理隔层以及食物投放隔层内部连通。本专利技术的优点在于:1、本专利技术小型生 物再生式生命保障系统实验装置是一个以微藻为核心的相对独立、完整、简单的可生物再生的人工生态系统，能够实现密闭空间空气中的CO2和O2循环再生；2、本专利技术小型生物再生式生命保障系统实验装置，采用的光藻反应器设计与运行均比较成熟，具有很强的技术可控性和可恒化培养性；3、本专利技术小型生物再生式生命保障系统实验装置，采用的微藻是自养生物，具有光合效率高、生长繁殖快等特点，仅利用h20、CO2和无机盐即可合成有机化合物并快速释放O2，无需添加其它有机营养物质。附图说明图1是本专利技术实验装置整体结构示意图；图2是应用本专利技术实验装置进行食物投放时的操作方式示意图。 图3是应用本专利技术实验装置进行排泄物清理时的操作方式示意 图4是应用本专利技术实验装置进行排泄物清理后排放时的操作方式示意图。图中:卜生长室2-活动舱10卜光藻反应器 102-热交换器103-水气分离器104-氧气过滤器 105-聚丙烯中空纤维触器101卜反应室1012-反光板1013-温控器1014-曝气板1015-光源1016-光源保护套 102卜小型生物放置笼1022-獅舱光源1023-食物投放隔层1024-橡驗手套 1025-食物腫1026-排泄物清理隔层1027-清洁工具1028-压缩泵 1029~抽气泵1030.固定把手A1031-固定把手B1032—密封板A 1033—密封板B1034-拉绳1035-挡板具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术小型生物再生式生命保障系统实验装置，包括供藻类生长的生长室I与供小型生物活动的活动舱2，如图1所示，生长室I与活动舱2等大小，尺寸均为0.5mX0.5mX0.8m。所述生长室I密闭，内部设置有光藻反应器101、热交换器102、水气分离器103、氧气过滤器104以及聚丙烯中空纤维膜接触器105 ；其中，光藻反应器101为一恒化培养反应器，作为微藻生长和光合作用场所，由反应室1011、反光板1012、温控器1013、曝气板1014以及光源1015组成。所述反应室1011内部设置有光源1015，用于提供微藻生长所需光照；本专利技术中光源1015采用日光灯管，发射白光，光强为35001ux,垂直设置于主反应器的中心位置；光源1015外部包裹有玻璃材料的光源1015保护套，通过光源保护套1016与反应室1011固连，实现光源1015与反应室1011间的定位，同时对光源 1015进行保护，防止光源1015被反应室1011内的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种小型生物再生式生命保障系统实验装置，其特征在于：包括生长室与活动舱；所述生长室密闭，内部设置有光藻反应器、热交换器、水气分离器、氧气过滤器以及聚丙烯中空纤维膜接触器；其中，热交换器通过管路与光藻反应器内部连通，并通过管路依次连接水气分离器、氧气过滤器；氧气过滤器通过管路与活动舱连通；水气分离器与通过管路连接集水槽；聚丙烯中空纤维膜接触器通过管路分别与光藻反应器以及活动舱连通；所述活动舱密闭，内部设置有小型生物放置笼、活动舱光源、食物投放隔层、橡胶软手套、食物通道、排泄物清理隔层、压缩泵与抽气泵；其中，小型生物放置笼内底面与活动舱底面间通过隔板A隔开形成密闭的排泄物清理隔层；排泄物清理隔层的底面为可开合结构，顶面一侧与活动舱侧壁垂直方向上滑动连接，且开有固定孔A；排泄物清理隔层的顶面上还开有排泄物清理入口；排泄物清理隔层上方设置有密封板A，密封板A与活动舱侧壁固连，且当排泄物清理隔层顶面滑动到排泄物清理隔层顶部时，与密封板A贴合；当排泄物清理隔层与密封板A贴合时，通过活动舱外部的固定把手A穿过活动舱与排泄物清理隔层上的固定孔A将排泄物清理隔层与密封板A间定位；在活动舱内部上方与内部顶面间通过隔板B隔开，形成密闭的食物投放隔层，食物投放隔层顶面为可开合结构，底面一端向下倾斜；活动舱内一侧与活动舱内侧壁间还通过隔板C隔开，形成食物通道；所述食物通道分别与小型生物活动笼以及食物投放隔层底面倾斜端连通，且食物通道与食物投放隔层连通处通过密封板B密封，密封板B一端与活动舱侧壁间采用滑动连接；相对的另一端安装有垂直于密封板B的挡板；密封板与活动舱侧壁连接端上开有固定孔，活动舱外部的固定把手B穿过活动舱外壁与固定孔将密封板B在垂直方向上定位，使密封板B将食物通道与食物投放隔层连通处密；上述食物投放隔层底面上开有两个手套安装口，每个手套安装口处通过连接一副橡胶软手套密封；所述压缩泵与聚丙烯中空纤维膜接触器和活动舱的连通管路相连；所述抽气泵的抽气端通过管路分别与排泄物清理隔层以及食物投放隔层内部连通，排气端分别通过管路与活动舱外部、活动舱内部连通，并分别通过控制阀控制排气。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉楠，张磊，宫慧婕，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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