Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Витацикл-Т
Направление НПИ: 4. Космическая биология и биотехнология
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Отработка конструкции и оптимизация режимов культивирования растений для космической конвейерной оранжереи
Цель эксперимента:

Основной целью эксперимента «Витацикл-Т является отработка конструкции и режимов работы основных систем конвейерной КО, а также режимов культивирования растений для последующего проектирования штатной бортовой КО как одного из важнейших звеньев в перспективных системах жизнеобеспечения космических экипажей.

Задачами эксперимента «Витацикл-Т» являются:

• определение динамики производительности КО в условиях космического полета (КП);

• проверка работоспособности и отработка режима эксплуатации системы увлажнения и аэрации субстрата в КО в условиях КП;

• определение длительности использования в условиях КП сменных элементов: пористых трубок и иононасыщенного субстрата в корневом модуле (КМ); а также обогатительных патронов с удобрениями;

• изучение динамики гидрофизических свойств КМ в процессе вегетации растений в условиях КП;

• определение оптимальных режима освещения растений и длительности вегетации салатных культур в конвейерной оранжерее в условиях КП.

• исследование технологии культивирования растительных организмов применительно к штатным оранжерейным устройствам;

• исследование влияния ФКП на рост и развитие растений, перспективных для использования в космических витаминных оранжереях;

• изучение продукционного процесса у растений;

• проведение генетических, биохимических и микробиологических исследований растений, выросших в условиях невесомости.

Описание эксперимента:

В настоящее время мнение о желательности включения оранжереи для культивирования овощных растений в состав системы жизнеобеспечения пилотируемых космических кораблей и станций можно считать общепризнанным среди специалистов. Наличие на борту такой оранжереи может существенно улучшить качество среды обитания космонавтов за счет:

- обогащения рациона свежей зеленью, богатой витаминами и грубыми пищевыми волокнами;

- улучшения воздушной среды за счет поглощения СО2 и выделения О2 растениями;

- оказания благоприятного воздействия на психофизиологическое и эмоциональное состояние экипажа.

Разработка овощной оранжереи, пригодной для регулярного производства витаминной зелени в условиях космического полета, является сложной биотехнической задачей, до сих пор не решенной полностью нигде в мире. Данный эксперимент направлен на получение информации, необходимой для проектирования и эксплуатации лётных образцов космической зеленной оранжереи для международной космической станции (МКС) и межпланетных пилотируемых кораблей, разрабатываемых российскими специалистами.

Аппаратура "Витацикл-Т" является уменьшенной моделью витаминной конвейерной космической оранжереи, включающей 6 шагов растительного конвейера.

Методика предлагаемого эксперимента включает проведение 2-х 60-дневных полётных опытов по выращиванию конвейерного посева китайской капусты в ВМ с корневыми модулями, содержащими иононасыщенный волокнистый субстрат "Биона В3" при различных режимах увлажнения и аэрации, а также проведение наземного синхронного контроля.

В процессе опытов контролируется гидравлического давления внутри пористых трубок корневых модулей, водопотребление растений, фенология растений, продуктивность посева, а также ряд параметров среды обитания растений.

В конце каждой вегетации биомассу растений и корневые модули сушат и отправляют на Землю для анализа роста и развития растений. Принципиальными требованиями к проведению КЭ является непрерывность электропитания аппаратуры "Витацикл-Т" (за исключением электропитания блока освещения, которое допускается отключать на срок до 1 суток не чаще 2 раз в неделю) в течение вегетации растений, а также периодическая (1 раз в 2-е суток) передача экспериментальной информации, накопленной на бортовом компьютере, на Землю для анализа.

Новизна эксперимента:

Наиболее близкими прототипами являются российско-болгарско-американская оранжерея "Свет", американо-российская оранжерея “Лада”, а также американская установка “Advanced ASTROCULTURE”. Однако, применение в этих конструкциях традиционной компоновки посева растений на плоской посадочной поверхности существенно снижает удельную производительность биомассы на единицу объёма и потребляемой энергии по сравнению с оранжереями традиционной плоской компоновки. Кроме того, методы корневого питания, водоснабжения и аэрации корней в этих системах требуют дополнительной датчиковой аппаратуры и менее надёжны и безопасны по сравнению с предложенным нами методом реверсивной водоподачи. В целом, по нашему мнению, конструкции корневых модулей в упомянутых прототипах не позволяют создать высокоэффективную бортовую конвейерную оранжерею производственного назначения.

Новизна аппаратуры "Витацикл-Т" отображена в 2-х авторских свидетельствах и патенте.

Научная аппаратура:

Для реализации эксперимента «Витацикл-Т» разрабатывается конвейерная оранжерея «Витацикл-Т» в составе:

1. Вегетационный модуль 740х650х450 мм, 30,0 кг

2. Блок увлажнения и аэрации субстрата 400х400х250 мм, 20,0 кг

3. Блок управления и регистрации данных 300х200х150 мм, 8,0 кг

4. Укладка "КМ и семена" 350х250х160 мм, 4,0 кг в составе: корневые модули, планки посадочные с семенами

5. Укладка "Принадлежности" 350х200х150 мм, 4,0 кг в составе: комплект инструментов для сбора урожая растений, комплект монтажных инструментов, комплект кабелей и трубопроводов, запасной датчик давления воды, запасной вентилятор для ВМ, карта памяти.

Ожидаемые результаты:

Научный результатом эксперимента будет информация о влиянии режимов увлажнения и аэрации корнеобитаемой зоны в условиях космического полёта на продуктивность, развитие и структуру зеленных растений. Основным техническим результатом будет проверка работоспособности аппаратуры "Витацикл-Т" и отработка режимов работы её основных блоков подсистем, в условиях космического полёта.

Результаты будут использованы для создания бортовой конвейерной космической оранжерее для РС МКС, а в дальнейшем - при разработках звена высших растений биотехнических систем жизнеобеспечения экипажей в межпланетных космических экспедициях.

Полученные результаты:

Эксперимент в настоящее время введён в «Долгосрочную программа научно-прикладных исследований и экспериментов на российском сегменте РС МКС» и находится на стации его наземной подготовки.

Сроки проведения: Ближайшие сроки проведения космического эксперимента в настоящий момент не определены
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: ГНЦ РФ-ИМБП РАН
Организации участники: ФГУП ЦНИИмаш, ФГУП НИИ КП, РКК «Энергия» им. С.П. Королёва, ФГБУ «НИИ ЦПК им.Ю.А. Гагарина»
Научный руководитель: Беркович Ю.А., ИМБП РАН, д.т.н.
Публикации по эксперименту:

Berkovich Yu.A., Krivobok N.M., Sinyak Yu.Ye., Smolianina S.O., Grigoriev, Yu.I., Romanov S.Yu., Guissenberg A.S. Developing a vitamin greenhouse for the life support system of the international space station and for future interplanetary mission. Advances in Space Research, 34(2004) 1552-1557.

Berkovich Yu.A., Krivobok N.M., Smolianina S.O., Erokhin A.N. Space Greenhouses: The Present and the Future. Moscow. Slovo, Ltd. 2005.

Drysdale A.E., and Hanford A.J. ALS SMAP Baseline values and Assumptions Document. !999. JSC 39317, NASA. Houston , Texas.

Stafford K.W., Jerng L.N., Drysdale A.E., Maxwell S, Levri J.A., Ewert M.K., Hanford A.J. Advanced Life Support Systems Integration, Modeling and Analysis Reference Missions Document. 2001. JSC 39502, NASA. Houston , Texas.

Karash Yu. Russian Space Strategy: Target Search. Rossiyskiy Kosmos, 2006, pp. 22-29.

Semionov V.F., Grigoriev A.I. Medical and Biological aspects of Martian Mission. 2000. International Scientific and Technological Centre Project # 1172, Scientific Report, Vol.12. Moscow.

Choochkin V.G., Kostetskiy A.V., Golovin V.N. et al. An Estimation of Expediency to include a Higher Plant Facility to Closed Life Support Systems. Problems of building of Human Biotechnological Life Support Systems. 1975, pp.5-12. Novosibirsk (in Russian).

Jagow R.B., Thomas B.S.(Eds.)Study of life support systems for space missions exeeding one year in duration. The closed Life Support System Ames Research Center. Moffert Field, California. April 14-15, 1966.(NASA,1967).

Johnson J.R., Crabb T.V., Mischnick M.J., Morrow R.C. Evolution of advanced Life Support Architectures Troughout the Exploration Spirals: A Midterm Review. SAE Paper 2005-01-2922, 2005.

Agureev A.N., Kalandarov S. Food supply for "MIR" Orbital Station crewmembers. "MIR Orbital Station".. Vol.1, pp.455-481. 2001. Moscow (in Russian).

C. Low. Everything about vitamins. 1998.Crown Press..

H.J. Kayden, T. Wisniewski. J . О биологической активности витамина Е. American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 72, No. 1, 201-202, 2000.

Jones, H. Design Rules for Sace Life Support Systems. SAE Paper 2003-01-2356, 2003.

Agureev A.N., Kalandarov S. Питание рационами из консервированных продуктов в условиях эксперимента SFINCSS-99. Модельный эксперимент с длительной изоляцией: проблемы и достижения. Москва. 2001. С.229-237 (in Russian)

Drysdale A. Life Support Trade Studies Involving Plants. SAE Paper 2001-01-2362, 2001.

Levinskikh M.A., Sychev V.N., Signalova O.B et al. Growth and development of plants in sequence of generations under the conditions of space flight (experiment Greenhouse-3). Aviakosmicheskaya I Ekologicheskaya Meditsina. 2001, Vol. 35, No. 3, pp. 43-48.

(Erokhin A.N., Berkovich Yu.A., Smolianina S.O., Krivobok N.M., Agureev A.N., Kalandarov S.K. A cylindrical salad growth facility with a light-emitting diodes unit as a component of the biological life support system for space crews. Advances in Space Research 38(6), 2006, pp.1240-1247.).Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Кривобок Н.М., Смолянина С.О., Баранов А.В., Шантурин Н.А., Дроняев В.П., Радостин А.В., Трофимов Ю.В., Сивенков В.К. Прототип космической витаминной оранжереи "Фитоконвейер". Государственный научный центр - России Институт медико-биологических проблем (ГНЦ РФ ИМБП) РАН, Москва, Россия. 2007.

Беркович Ю.А., Смолянина С.О., Кривобок Н.М., Ерохин А.Н., Агуреев А.Н. Оценка увеличения замкнутости СЖО по пищевым компонентам за счёт овощной оранжереи в российском сценарии полёта к Марсу. Государственный научный центр - Институт медико-биологических проблем РАН, Москва, Россия 2008.

Беркович Ю.А., Кривобок Н.М., Смолянина С.О., Ерохин А.Н. Космические оранжереи: настоящее и будущее.М. "Слово". 2005.

Гришин Ю.И. Роль витаминной оранжереи в стабилизации трофической функции экипажа марсианской экспедиции // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1993. № 3. С.10-15.

Ерохин А.Н. Оптимизация системы освещения растений для конвейерной цилиндрической салатной оранжереи как компонента СЖО пилотируемого космического корабля. Автореф. канд. дисс., М. 2006.

Berkovich Yu.A. Evaluation of planting surfaces for crop production in microgravity // Adv.Space Res. 2000.V.26. №.2. Pp.271-279.

Berkovich Yu.A., Krivobok N.M., Krivobok S.M., et al. Development of a root feeding system based an a fiber ion-exchange substrate for space plant growth chamber "Vitacycle" // Habitation. 2003. V.9. №1-2.

Berkovich Yu.A., Chetirkin P.V., Weeler R.M., Sager J.C. Evaluating and optimizing horticultural regimes in spaсe plant growth facilities // Adv. Space Res. 2004. V.34. Pp.1612-1618.

Berkovich Yu.A., Krivobok N.M., Sinyak Yu.E. et al. Developing a vitamin greenhouse for the life support system of the international space station and for future interplanetary missions // Adv. Space Res. 2004. V.34. Pp.1552-1557.

Drysdale A., Hanford A. Equivalent System Mass Studies of Missions and Concepts. 1999 // SAE technical paper 1999-01-2081.

Jones, H. Design Rules for Space Life Support Systems. 2003 // SAE technical paper 2003-01-2356. Kliss M., Heyenga A., Hoehn A., Stodiesk L. Recent advances in technologies required for a "salad machine" // Adv.Space Res. 2000. V.26. №.2. Pp.263-269.

Последнее обновление: 15.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения