空间受控生态生命保障技术
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山西太原
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作者郭双生
出版社中国科技出版传媒股份有限公司
ISBN9787030635860
出版时间2021-10
装帧精装
开本16开
定价298元
货号11474439
上书时间2024-09-02
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目录序前言第一篇绪论第1章概念、构成、原理与应用31.1背景分析31.2基本概念41.3基本理论和原则要求61.3.1生态学和生态系统理论61.3.2CELSS特点71.3.3CELSS基本研究方法101.3.4CELSS基本设计原则111.4基本结构构成与运行模式121.4.1基本结构构成121.4.2基本运行模式141.5主要研究任务161.5.1总体技术方案161.5.2环境控制技术161.5.3物质生产技术161.5.4食品收获与加工技术161.5.5废物再生技术161.5.6系统集成技术171.5.7极地和空间验证技术171.5.8原位资源利用技术171.6重要作用与意义181.6.1降低补给需求和改善乘员心理状态181.6.2在地面上具有重要潜在应用价值201.7小结23参考文献23第2章国内外研究历史与现状262.1国外研究历史与现状262.1.1总体概况262.1.220世纪50～60年代272.1.320世纪70年代292.1.420世纪80年代322.1.520世纪90年代352.1.621世纪初402.2国内研究历史与现状452.3小结47参考文献49第3章总体约束条件及发展思路543.1长期生命保障物质供给需求分析543.2CELSS所面对的星球表面外部环境条件分析553.3CELSS构建影响因素分析573.3.1重力583.3.2地形583.3.3大气压力583.3.4大气CO2浓度583.3.5光照583.3.6温度593.3.7高能辐射603.3.8水603.3.9植物栽培基质603.4CELSS基本特性和运行要求613.4.1系统基本特性要求613.4.2系统基本运行要求613.5发展CELSS的总体边界约束条件分析623.6CELSS技术发展的基本思路分析643.6.1总体研究路线图643.6.2主要研究领域653.6.3技术实施时间表和路线图规划663.7未来主要研究任务分析683.7.1近期研究任务683.7.2中期研究任务703.7.3远期研究任务723.6小结74参考文献74第二篇物质生产技术第4章植物筛选与栽培技术794.1筛选标准与优先原则794.1.1基本筛选标准794.1.2优先选择原则804.2筛选基本方法814.2.1基本筛选思路814.2.2基本筛选方法824.2.3基本打分示例分析824.2.4综合计算分析方法834.3筛选主要结果844.3.1国外基本情况844.3.2国内基本情况904.4植物基本栽培要求924.4.1作物生长条件设置及原则924.4.2作物生长条件基本调控方法944.4.3植物基本栽培措施954.5小结103参考文献104第5章植物光照条件优化调控技术1065.1光照对植物的作用与意义1065.2植物光合作用的基本概念1095.3植物光照条件优化措施1135.3.1光能利用率基本概念1135.3.2光源种类选择1145.3.3光质调控1165.3.4光强调控1175.3.5光周期调控1195.3.6光照方式调控1195.4植物光照优化研究进展1205.4.1光源优化1205.4.2光强优化1215.4.3光质优化1245.4.4光周期优化1265.4.5光照方式优化1295.5植物光照未来发展方向分析1325.6小结134参考文献134第6章植物大气条件调控技术1396.1大气温度对植物生长发育的影响1396.1.1不同植物对大气温度的一般要求1396.1.2大气温度对植物生长和光合作用效率的影响1406.1.3大气高温对植物生长的影响及对策1416.1.4大气温度对植株开花的影响1436.1.5大气温度对植物产量和品质的影响1446.2大气通风条件对植物生长的影响1486.2.1气流速度对叶片边界层阻力的影响1496.2.2气流速度对植物光合与蒸腾作用效率的影响1506.2.3气流速度对植物释放乙烯的影响1516.3大气CO2浓度对植物生长的影响1546.3.1CO2浓度对植物形态学和病虫害抑制的影响1546.3.2高CO2浓度对植物光合与蒸腾作用效率及水利用率的影响1556.3.3高CO2浓度对植物其他生理代谢活动的影响1606.3.4高CO2浓度对作物产量和营养品质的影响1626.4小结168参考文献168第7章大气乙烯对植物生长的影响及其净化技术1727.1植物生长过程中乙烯产生规律及机理1727.1.1植物生长过程中乙烯产生规律1727.1.2植物生长过程中乙烯产生机理1777.2封闭环境中乙烯对植物生长与发育的影响及机理1807.2.1乙烯抑制植物生长和加速器官老化1807.2.2乙烯引起植物叶片偏上和叶片纵向卷曲生长1827.2.3乙烯对植物光合作用效率的影响1837.2.4乙烯对植物开花与繁殖的抑制作用1847.3乙烯对植物向重性反应的影响1867.4密闭环境中乙烯浓度控制技术1877.4.1高锰酸钾氧化技术1887.4.2光催化氧化技术1887.4.3微生物空气过滤技术1917.5小结193参考文献194第8章弱磁场构建技术及其植物生物学效应1978.1弱磁场的基本概念1978.2弱磁场环境构建技术1988.2.1国外进展情况1988.2.2国内进展情况2018.2.3零磁场屏蔽技术存在问题与发展方向2028.3弱磁场对植物发芽、向重性及生长与发育的影响2038.3.1弱磁场对植物发芽的影响2038.3.2弱磁场对植物向重性的影响2048.3.3弱磁场对植物胚轴生长的影响2068.3.4弱磁场对植株生长与发育的影响2078.4弱磁场对植物细胞繁殖和分化的影响2098.4.1弱磁场对植物细胞结构组成和分裂的影响2098.4.2弱磁场对细胞和亚细胞超微结构的影响2108.5弱磁场对植物生理学和生物化学的影响2128.5.1弱磁场对植物生理学的影响2128.5.2弱磁场对植物生物化学的影响2138.6弱磁场对植物繁殖和遗传变异的影响2138.6.1弱磁场对植物开花的影响2138.6.2弱磁场对植物遗传变异的影响2148.7弱磁场对植物隐花色素信号传导及基因表达的影响2148.8弱磁场生物学效应的可能作用机理2178.9小结218参考文献218第9章微藻培养技术2249.1微藻在CELSS中的作用和地位2249.1.1作为膳食营养补充2249.1.2清除CO2及释放O22259.1.3生物固氮与废水处理2269.2藻种选择2269.3空间微藻光生物反应器研制技术2289.3.1反应器设计根据2289.3.2反应器基本组成2299.3.3反应器主体与藻液循环技术2309.3.4光照技术2319.3.5藻液CO2供给与pH调控技术2379.3.6藻液溶解氧脱除技术2399.3.7藻液养分调控技术2409.3.8藻液环境温度控制技术2419.4微藻培养技术研究进展2419.4.1空间环境对微藻形态结构和生理生化活动的影响2429.4.2空间微藻光生物反应器关键技术验证2449.4.3微藻在CELSS中的集成验证技术2469.5小结248参考文献248第10章动物和食用菌培养技术25310.1CELSS中引入动物和食用菌的意义25310.2动物和食用菌选用的一般原则及种类25510.2.1动物和食用菌选用一般原则25510.2.2拟选用的动物和食用菌一般种类25510.3水生动物养殖技术25610.3.1C.E.B.A.S.构建技术25710.3.2饵料对鱼类生长、产量和营养品质的影响26110.4陆生动物养殖技术26810.4.1桑蚕培养技术及作用26810.4.2黄粉虫培养技术及作用27010.5食用菌培养技术27110.5.1食用菌培养基质基本制备方法27110.5.2动物粪便对食用菌培养的影响27210.5.3细菌对食用菌生长的促进作用27310.6小结274参考文献275第三篇资源回收与原位资源利用技术第11章固废处理技术28111.1废物基本种类及典型成分分析28111.1.1废物基本种类分析28111.1.2固废典型成分分析28211.2固废处理基本原则要求与方法种类28211.2.1固废处理基本原则要求28211.2.2固废处理基本方法28311.3固废生物处理法28411.3.1固废好氧微生物反应器降解技术28411.3.2固废厌氧微生物反应器降解技术29311.3.3类土壤基质制备技术29811.4生物与物化相结合的固废降解技术30011.4.1生物+物化降解处理法30011.4.2物理萃取+微生物降解处理法30211.5物理及化学固废处理技术30311.5.1焚烧法30311.5.2交变电场+过氧化氢氧化法30411.6小结306参考文献306第12章废水处理技术31012.1废水种类及其处理基本要求、方法和流程31012.1.1废水种类31012.1.2废水处理基本要求31112.1.3废水处理基本方法31112.1.4废水流处理基本流程31312.2微生物反应器处理技术31412.2.1好氧生物反应器废水处理技术31412.2.2厌氧生物反应器废水处理技术32712.2.3厌氧+好氧生物反应器废水处理技术32912.2.4生物+物化废水处理技术33012.3植物废水处理与利用技术33112.3.1作物直接利用尿液技术33112.3.2作物直接利用生活污水技术33312.3.3耐盐植物吸收与分离钠盐技术33412.3.4植物利用废水后处理液的可行性评价33512.4藻类废水处理技术33612.4.1微藻处理尿液技术33612.4.2大藻处理尿液技术33712.5小结337参考文献338第13章废气处理技术34113.1微量有害气体的基本种类、浓度及控制要求34113.2空气净化途径总体概况34313.3物理净化法34513.3.1颗粒过滤法34513.3.2物理吸附法34513.4化学净化法34813.4.1化学吸附法34813.4.2化学氧化法34913.5物化净化法36113.6生物净化法36213.6.1微生物空气净化法36213.6.2植物空气净化法36313.7不同废气处理技术比较36413.8小结365参考文献366第四篇系统集成技术第14章系统集成硬件条件保障技术37114.1舱体结构系统37114.1.1形状、材质、结构构成与布局37114.1.2舱门、递物窗和观察窗37314.1.3舱内外接口界面37414.2大气管理系统37514.2.1温湿度与通风控制子系统37514.2.2压力控制子系统37514.2.3大气再生子系统37614.2.4污染物和微生物控制子系统38514.2.5烟火监测与火灾控制子系统38614.3水管理系统38614.4植物栽培系统38814.4.1舱体结构子系统38914.4.2大气环境控制子系统38914.4.3植物光照子系统38914.4.4栽培结构子系统39014.5微藻/动物/食用菌培养系统39514.6食物管理系统39614.7废物管理系统39614.8乘员生活和医学保障系统39714.9数据、视频、音频、远程专家支持系统39814.10其他配套系统39914.10.1试验、样品采集与测试分析设施39914.10.2储备及应急保障设施39914.10.3舱外支持设施39914.11当前国内外CELSS建设概况40014.12小结401参考文献401第15章系统集成综合调控技术40515.1物质流调控方案设计40515.1.1物质流调控方法设计40515.1.2物质闭合度设计41115.2植物部件批次栽培方法41215.3乘员作息制度安排41415.3.1美国Bio-Plex集成试验乘员工作负荷及作息安排41415.3.2日本CEEF集成试验乘员工作负荷及作息安排42015.3.3我国2人30d集成试验乘员工作负荷及作息安排42115.4食品管理制度制定及补充食品准备42215.4.1食品安全标准制定42215.4.2食谱设计42315.5进舱人员选拔与训练及伦理审查42815.5.1进舱人员选拔与培训基本条件要求与程序42815.5.2进舱人员伦理审查42915.6进舱人员医监医保及心理学支持方案及条件准备43015.6.1试验前医监医保实施及正式试验条件准备43015.6.2试验期间医监医保工作43015.6.3出舱后医监医保工作43115.6.4进人试验中止医学指标43115.6.5进舱人员心理支持43215.7环境医学要求与评价方法43215.7.1系统环境医学条件要求43215.7.2系统环境医学评价方法43315.8小结434参考文献435第16章系统宜居性、安全性与可靠性保障措施43716.1系统宜居性设计43716.1.1宜居性基本概念43716.1.2宜居性基本设计考虑43716.2系统安全性设计43816.2.1安全性基本概念43816.2.2安全性基本设计考虑43816.3系统可靠性设计44016.3.1可靠性基本概念44016.3.2可靠性基本设计方法44116.4小结459参考文献459第17章系统集成技术研究重要进展46117.1俄罗斯BIOS-3集成试验46117.1.1植物培养总体情况46117.1.2生保物质生产与废物循环基本情况46217.1.3其他相关试验研究及经验教训46417.2美国LMLSITF集成试验46517.2.1食物生产与加工46617.2.2大气再生与净化46817.2.3水管理47117.2.4固废处理与养分回收47617.2.5经验与教训47717.3日本CEEF集成试验47917.3.12人7d集成试验48117.3.22人14d/2人28d集成试验48617.3.3特点、不足与进一步发展方向48717.4我国“绿航星际”4人180dCELSS集成试验48717.4.1总体情况概述48717.4.2主要研究结果48917.5小结492参考文献492第五篇地面极地和空间环境中技术验证及育种第18章地面极端环境中关键技术验证49718.1CELSS极地模拟地点的选择标准49718.2南北极作为CELSS模拟基地所具备的优势条件49818.3美国南极CELSS模拟计划49818.3.1总体概况49818.3.2CAAP试验平台50018.3.3南极食物生产舱50918.4ESA南极康科迪亚基地技术验证51218.5德国南极EDENISS温室模拟器技术验证51318.5.1EDENISS温室总体情况介绍51318.5.2EDENISS温室运行及植物栽培情况51418.6美国与加拿大北极高纬度地区关键技术验证51718.6.1闪线火星北极研究站水利用试验51718.6.2阿瑟？克拉克火星温室51918.7技术转化与应用52018.8小结521参考文献522第19章空间微重力环境中关键技术验证52419.1在轨植物栽培关键技术总体验证技术与方法52419.1.1设备总体结构设计可行性评价52419.1.2在轨种子播种52419.1.3栽培基质管理52519.1.4大气环境条件管理52519.1.5植物光照条件管理52619.1.6植株生长照料与监视管理52719.1.7植株光合作用效率测定与生殖辅助管理52719.1.8采样、采收、成分分析与食品安全性评价52719.2国内外总体研究情况52719.3苏联“礼炮号”系列空间站时代植物栽培技术研究52819.3.1“绿洲”系列52919.3.2“花盆”与“孔雀石”53019.3.3“生物重力效应装置”、“生物磁力效应装置”及“光组件”53019.3.4“植物”系列53119.4苏联/俄罗斯“和平号”空间站以及美国卫星及航天飞机时代植物栽培技术研究53219.4.1“光”空间温室及光-气体交换测量系统53219.4.2美国卫星植物栽培系统53519.4.3植物栽培单元和植物栽培装置53619.4.4宇宙栽培装置和植物通用生物处理装置53619.5国际空间站时代植物栽培技术研究53819.5.1高级宇宙栽培装置53819.5.2生物量生产系统53919.5.3Lada空间温室54019.5.4欧洲模块化栽培系统及植物试验单元54119.5.5高级生物学研究系统54319.5.6蔬菜生产系统54419.5.7高级植物栽培装置54519.6我国空间植物装置研究情况54619.6.1空间高等植物培养装置54619.6.2空间蔬菜栽培装置54719.7空间植物栽培关键技术分析54819.7.1大气环境条件控制54819.7.2栽培基质水分供给55019.7.3栽培基质养分供给55119.7.4植物光照55219.7.5植物良种选育55319.7.6环境与生理参数测量55419.8小结555参考文献555第20章航天育种技术进展与展望56020.1基本概念、作用意义及总体概况56020.2研究目标和内容56120.2.1科学目标56120.2.2应用目标56220.2.3研究内容56320.3主要技术途径56520.3.1航天搭载材料选择56520.3.2航天搭载技术56520.3.3航天搭载植物种子材料突变体分离和地面选育技术56620.3.4航天搭载植物组培苗材料突变体分离选择和地面选育技术56720.4近期地面重要研究与应用进展56820.4.1我国航天育种发展现状56820.4.2农业领域应用成果57220.5未来发展考虑57420.5.1总体思路57420.5.2航天育种促进相关技术发展57520.6小结577参考文献578
内容摘要
受控生态生命保障系统（简称受控生态生保系统，俗称太空农场），是未来开展月球和火星较为驻留与开发所必须的生命保障系统，主要通过粮食蔬菜等高等植物的光合作用和微生物的分解作用并辅以空间站相关技术，能够快速、高效、持续为航天员提供食物、氧气和水生存必需品。是未来航天技术发展的重点瓶颈技术。本书重点介绍了该技术的基本概念、作用意义、发展历史与现状、与月球和火星表面环境紧密相关的重大关键技术突破情况、我国近期组织的4人180天受控生态较高物质闭合度集成封闭试验、关键技术空间在轨验证、该学科的未来发展方向分析等。本书图文并茂，可读性好。
精彩内容
受控生态生命保障系统(简称受控生态生保系统，俗称太空农场)，是未来开展月球和火星永久驻留与开发所必须的生命保障系统，主要通过粮食蔬菜等高等植物的光合作用和微生物的分解作用并辅以空间站相关技术，能够快速、高效、持续为航天员提供食物、氧气和水生存必需品。是未来航天技术发展的重点瓶颈技术。本书重点介绍了该技术的基本概念、作用意义、发展历史与现状、与月球和火星表面环境紧密相关的重大关键技术突破情况、我国近期组织的4人180天受控生态较高物质闭合度集成封闭试验、关键技术空间在轨验证、该学科的未来发展方向分析等。本书图文并茂，可读性好。
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