空间受控生态生命保障技术

图书标准信息

• 作者 郭双生
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2022-02
• 版次 31
• ISBN 9787030635860
• 定价 298.00元
• 装帧 精装
• 开本 大16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 600页
• 字数 753.000千字

【内容简介】

受控生态生命保障系统(俗称太空农场)是未来开展月球和火星**驻留与开发所必需的生命保障系统，其主要通过粮食、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，快速、高效、持续地为航天员提供食物、氧气和水等生存必需品，是未来航天技术发展的重要瓶颈技术。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植物栽培、食品加工、废物循环和物质流动态平衡调控等重大关键技术突破的情况，植物栽培关键技术空间在轨验证以及该学科的未来发展方向等。

【目录】

序前言

篇绪论

章概念、构成、与应用3

1.1背景分析3

1.2基本概念4

1.3基本理论和原则要求6

1.3.1生态学和生态系统理论6

1.3.2celss特点7

1.3.3celss基本研究方法10

1.3.4celss基本设计原则11

1.4基本结构构成与运行模式12

1.4.1基本结构构成12

1.4.2基本运行模式14

1.5主要研究任务16

1.5.1体技术方案16

1.5.2环境控制技术16

1.5.3物质生产技术16

1.5.4食品收获与加工技术16

1.5.5废物技术16

1.5.6系统集成技术17

1.5.7极地和空间验证技术17

1.5.8原位资源利用技术17

1.6重要作用与意义18

1.6.1降低补给需求和改善乘员心理18

1.6.2在地面上具有重要潜在应用价值20

1.7小结23

参文献23

第2章外研究历史与现状26

2.1国外研究历史与现状26

2.1.1体概况26

2.1.220世纪50～60年代27

2.1.320世纪70年代29

2.1.420世纪80年代32

2.1.520世纪90年代35

2.1.621世纪初40

2.2研究历史与现状45

2.3小结47

参文献49

第3章体约束条件及发展思路54

3.1长期生命保障物质供给需求分析54

3.2celss所面对的星球表面外部环境条件分析55

3.3celss构建影响因素分析57

3.3.1重力58

3.3.2地形58

3.3.3大气压力58

3.3.4大气co2浓度58

3.3.5光照58

3.3.6温度59

3.3.7高能辐60

3.3.8水60

3.3.9植物栽培基质60

3.4celss基本特和运行要求61

3.4.1系统基本特要求61

3.4.2系统基本运行要求61

3.5发展celss的体边界约束条件分析62

3.6celss技术发展的基本思路分析64

3.6.1体研究路线图64

3.6.2主要研究领域65

3.6.3技术实施时间表和路线图规划66

3.7未来主要研究任务分析68

3.7.1近期研究任务68

3.7.2中期研究任务70

3.7.3远期研究任务72

3.6小结74

参文献74

第二篇物质生产技术

第4章植物筛选与栽培技术79

4.1筛选标准与优先原则79

4.1.1基本筛选标准79

4.1.2优先选择原则80

4.2筛选基本方法81

4.2.1基本筛选思路81

4.2.2基本筛选方法82

4.2.3基本打分示例分析82

4.2.4综合计算分析方法83

4.3筛选主要结果84

4.3.1国外基本情况84

4.3.2基本情况90

4.4植物基本栽培要求92

4.4.1作物生长条件设置及原则92

4.4.2作物生长条件基本调控方法94

4.4.3植物基本栽培措施95

4.5小结103

参文献104

第5章植物光照条件优化调控技术106

5.1光照对植物的作用与意义106

5.2植物光合作用的基本概念109

5.3植物光照条件优化措施113

5.3.1光能利用率基本概念113

5.3.2光源种类选择114

5.3.3光质调控116

5.3.4光强调控117

5.3.5光周期调控119

5.3.6光照方式调控119

5.4植物光照优化研究进展120

5.4.1光源优化120

5.4.2光强优化121

5.4.3光质优化124

5.4.4光周期优化126

5.4.5光照方式优化129

5.5植物光照未来发展方向分析132

5.6小结134

参文献134

第6章植物大气条件调控技术139

6.1大气温度对植物的影响139

6.1.1不同植物对大气温度的一般要求139

6.1.2大气温度对植物生长和光合作用效率的影响140

6.1.3大气高温对植物生长的影响及对策141

6.1.4大气温度对植株开花的影响143

6.1.5大气温度对植物产量和品质的影响144

6.2大气通风条件对植物生长的影响148

6.2.1气流速度对叶片边界层阻力的影响149

6.2.2气流速度对植物光合与蒸腾作用效率的影响150

6.2.3气流速度对植物释放的影响151

6.3大气co2浓度对植物生长的影响154

6.3.1co2浓度对植物形态学和病虫害抑制的影响154

6.3.2高co2浓度对植物光合与蒸腾作用效率及水利用率的影响155

6.3.3高co2浓度对植物其他生理代谢活动的影响160

6.3.4高co2浓度对作物产量和营养品质的影响162

6.4小结168

参文献168

第7章大气对植物生长的影响及其净化技术172

7.1植物生长过程中产生规律及机理172

7.1.1植物生长过程中产生规律172

7.1.2植物生长过程中产生机理177

7.2封闭环境中对植物生长与发育的影响及机理180

7.2.1抑制植物生长和加速器官老化180

7.2.2引起植物叶片偏上和叶片纵向卷曲生长182

7.2.3对植物光合作用效率的影响183

7.2.4对植物开花与繁殖的抑制作用184

7.3对植物向重反应的影响186

7.4密闭环境中浓度控制技术187

7.4.1高锰酸钾氧化技术188

7.4.2光催化氧化技术188

7.4.3微生物空气过滤技术191

7.5小结193

参文献194

第8章弱磁场构建技术及其植物生物学效应197

8.1弱磁场的基本概念197

8.2弱磁场环境构建技术198

8.2.1国外进展情况198

8.2.2进展情况201

8.2.3零磁场屏蔽技术存在问题与发展方向202

8.3弱磁场对植物发芽、向重及生长与发育的影响203

8.3.1弱磁场对植物发芽的影响203

8.3.2弱磁场对植物向重的影响204

8.3.3弱磁场对植物胚轴生长的影响206

8.3.4弱磁场对植株生长与发育的影响207

8.4弱磁场对植物细胞繁殖和分化的影响209

8.4.1弱磁场对植物细胞结构组成和分裂的影响209

8.4.2弱磁场对细胞和亚细胞超微结构的影响210

8.5弱磁场对植物生理学和生物化学的影响212

8.5.1弱磁场对植物生理学的影响212

8.5.2弱磁场对植物生物化学的影响213

8.6弱磁场对植物繁殖和遗传变异的影响213

8.6.1弱磁场对植物开花的影响213

8.6.2弱磁场对植物遗传变异的影响214

8.7弱磁场对植物隐花素信号传导及基因表达的影响214

8.8弱磁场生物学效应的可能作用机理217

8.9小结218

参文献218

第9章微藻培养技术224

9.1微藻在celss中的作用和地位224

9.1.1作为膳食营养补充224

9.1.2清除co2及释放o2225

9.1.3生物固氮与废水处理226

9.2藻种选择226

9.3空间微藻光生物反应器研制技术228

9.3.1反应器设计根据228

9.3.2反应器基本组成229

9.3.3反应器主体与藻液循环技术230

9.3.4光照技术231

9.3.5藻液co2供给与ph调控技术237

9.3.6藻液溶解氧脱除技术239

9.3.7藻液养分调控技术240

9.3.8藻液环境温度控制技术241

9.4微藻培养技术研究进展241

9.4.1空间环境对微藻形态结构和生理生化活动的影响242

9.4.2空间微藻光生物反应器关键技术验证244

9.4.3微藻在celss中的集成验证技术246

9.5小结248

参文献248

0章动物和食用菌培养技术253

10.1celss中引入动物和食用菌的意义253

10.2动物和食用菌选用的一般原则及种类255

10.2.1动物和食用菌选用一般原则255

10.2.2拟选用的动物和食用菌一般种类255

10.3水生动物养殖技术256

10.3.1c.e.b.a.s.构建技术257

10.3.2饵料对鱼类生长、产量和营养品质的影响261

10.4陆生动物养殖技术268

10.4.1桑蚕培养技术及作用268

10.4.2黄粉虫培养技术及作用270

10.5食用菌培养技术271

10.5.1食用菌培养基质基本制备方法271

10.5.2动物粪便对食用菌培养的影响272

10.5.3细菌对食用菌生长的促进作用273

10.6小结274

参文献275

第三篇资源回收与原位资源利用技术

1章固废处理技术281

11.1废物基本种类及典型成分分析281

11.1.1废物基本种类分析281

11.1.2固废典型成分分析282

11.2固废处理基本原则要求与方法种类282

11.2.1固废处理基本原则要求282

11.2.2固废处理基本方法283

11.3固废生物处理法284

11.3.1固废好氧微生物反应器降解技术284

11.3.2固废厌氧微生物反应器降解技术293

11.3.3类土壤基质制备技术298

11.4生物与物化相结合的固废降解技术300

11.4.1生物+物化降解处理法300

11.4.2物理萃取+微生物降解处理法302

11.5物理及化学固废处理技术303

11.5.1焚烧法303

11.5.2交变电场+氧化法304

11.6小结306

参文献306

2章废水处理技术310

12.1废水种类及其处理基本要求、方法和流程310

12.1.1废水种类310

12.1.2废水处理基本要求311

12.1.3废水处理基本方法311

12.1.4废水流处理基本流程313

12.2微生物反应器处理技术314

12.2.1好氧生物反应器废水处理技术314

12.2.2厌氧生物反应器废水处理技术327

12.2.3厌氧+好氧生物反应器废水处理技术329

12.2.4生物+物化废水处理技术330

12.3植物废水处理与利用技术331

12.3.1作物直接利用尿液技术331

12.3.2作物直接利用生活污水技术333

12.3.3耐盐植物吸收与分离钠盐技术334

12.3.4植物利用废水后处理液的可行评价335

12.4藻类废水处理技术336

12.4.1微藻处理尿液技术336

12.4.2大藻处理尿液技术337

12.5小结337

参文献338

3章废气处理技术341

13.1微量有害气体的基本种类、浓度及控制要求341

13.2空气净化途径体概况343

13.3物理净化法345

13.3.1颗粒过滤法345

13.3.2物理吸附法345

13.4化学净化法348

13.4.1化学吸附法348

13.4.2化学氧化法349

13.5物化净化法361

13.6生物净化法362

13.6.1微生物空气净化法362

13.6.2植物空气净化法363

13.7不同废气处理技术比较364

13.8小结365

参文献366

第四篇系统集成技术

4章系统集成硬件条件保障技术371

14.1舱体结构系统371

14.1.1形状、材质、结构构成与布局371

14.1.2舱门、递物窗和观察窗373

14.1.3舱内外接界面374

14.2大气管理系统375

14.2.1温湿度与通风控制子系统375

14.2.2压力控制子系统375

14.2.3大气子系统376

14.2.4污染物和微生物控制子系统385

14.2.5烟火监测与火灾控制子系统386

14.3水管理系统386

14.4植物栽培系统388

14.4.1舱体结构子系统389

14.4.2大气环境控制子系统389

14.4.3植物光照子系统389

14.4.4栽培结构子系统390

14.5微藻/动物/食用菌培养系统395

14.6食物管理系统396

14.7废物管理系统396

14.8乘员生活和医学保障系统397

14.9数据、、音频、远程专家支持系统398

14.10其他配套系统399

14.10.1试验、样品采集与测试分析设施399

14.10.2储备及应急保障设施399

14.10.3舱外支持设施399

14.11当前外celss建设概况400

14.12小结401

参文献401

5章系统集成综合调控技术405

15.1物质流调控方案设计405

15.1.1物质流调控方法设计405

15.1.2物质闭合度设计411

15.2植物部件批次栽培方法412

15.3乘员作息制度安排414

15.3.1美国bio-plex集成试验乘员工作负荷及作息安排414

15.3.2本ceef集成试验乘员工作负荷及作息安排420

15.3.3我国2人30d集成试验乘员工作负荷及作息安排421

15.4食品管理制度制定及补充食品准备422

15.4.1食品安全标准制定422

15.4.2食谱设计423

15.5进舱人员选拔与训练及伦理审查428

15.5.1进舱人员选拔与培训基本条件要求与程序428

15.5.2进舱人员伦理审查429

15.6进舱人员医监医保及心理学支持方案及条件准备430

15.6.1试验前医监医保实施及正式试验条件准备430

15.6.2试验期间医监医保工作430

15.6.3出舱后医监医保工作431

15.6.4进人试验中止医学指标431

15.6.5进舱人员心理支持432

15.7环境医学要求与评价方法432

15.7.1系统环境医学条件要求432

15.7.2系统环境医学评价方法433

15.8小结434

参文献435

6章系统宜居、安全与可靠保障措施437

16.1系统宜居设计437

16.1.1宜居基本概念437

16.1.2宜居基本设计虑437

16.2系统安全设计438

16.2.1安全基本概念438

16.2.2安全基本设计虑438

16.3系统可靠设计440

16.3.1可靠基本概念440

16.3.2可靠基本设计方法441

16.4小结459

参文献459

7章系统集成技术研究重要进展461

17.1俄罗斯bios-3集成试验461

17.1.1植物培养体情况461

17.1.2生保物质生产与废物循环基本情况462

17.1.3其他相关试验研究及经验教训464

17.2美国lmlsitf集成试验465

17.2.1食物生产与加工466

17.2.2大气与净化468

17.2.3水管理471

17.2.4固废处理与养分回收476

17.2.5经验与教训477

17.3本ceef集成试验479

17.3.12人7d集成试验481

17.3.22人14d/2人28d集成试验486

17.3.3特点、不足与进一步发展方向487

17.4我国“绿航星际”4人180dcelss集成试验487

17.4.1体情况概述487

17.4.2主要研究结果489

17.5小结492

参文献492

第五篇地面极地和空间环境中技术验证及育种

8章地面特别环境中关键技术验证497

18.1celss极地模拟地点的选择标准497

18.2南北极作为celss模拟基地所具备的优势条件498

18.3美国南极celss模拟计划498

18.3.1体概况498

18.3.2caap试验台500

18.3.3南极食物生产舱509

18.4esa南极康科迪亚基地技术验证512

18.5德国南极edeniss温室模拟器技术验证513

18.5.1edeniss温室体情况介绍513

18.5.2edeniss温室运行及植物栽培情况514

18.6美国与加拿大北极高纬度地区关键技术验证517

18.6.1闪线火星北极研究站水利用试验517

18.6.2阿瑟？克拉克火星温室519

18.7技术转化与应用520

18.8小结521

参文献522

9章空间微重力环境中关键技术验证524

19.1在轨植物栽培关键技术体验证技术与方法524

19.1.1设备体结构设计可行评价524

19.1.2在轨种子播种524

19.1.3栽培基质管理525

19.1.4大气环境条件管理525

19.1.5植物光照条件管理526

19.1.6植株生长照料与监视管理527

19.1.7植株光合作用效率测定与生殖辅助管理527

19.1.8采样、采收、成分分析与食品安全评价527

19.2外体研究情况527

19.3苏联“礼炮号”系列空间站时代植物栽培技术研究528

19.3.1“绿洲”系列529

19.3.2“花盆”与“孔雀石”530

19.3.3“生物重力效应装置”、“生物磁力效应装置”及“光组件”530

19.3.4“植物”系列531

19.4苏联/俄罗斯“和号”空间站以及美国卫星及航天飞机时代植物栽培技术研究532

19.4.1“光”空间温室及光-气体交换测量系统532

19.4.2美国卫星植物栽培系统535

19.4.3植物栽培单元和植物栽培装置536

19.4.4宇宙栽培装置和植物通用生物处理装置536

19.5国际空间站时代植物栽培技术研究538

19.5.1宇宙栽培装置538

19.5.2生物量生产系统539

19.5.3lada空间温室540

19.5.4欧洲模块化栽培系统及植物试验单元541

19.5.5生物学研究系统543

19.5.6蔬菜生产系统544

19.5.7植物栽培装置545

19.6我国空间植物装置研究情况546

19.6.1空间高等植物培养装置546

19.6.2空间蔬菜栽培装置547

19.7空间植物栽培关键技术分析548

19.7.1大气环境条件控制548

19.7.2栽培基质水分供给550

19.7.3栽培基质养分供给551

19.7.4植物光照552

19.7.5植物良种选育553

19.7.6环境与生理参数测量554

19.8小结555

参文献555

第20章航天育种技术进展与展望560

20.1基本概念、作用意义及体概况560

20.2研究目标和内容561

20.2.1科学目标561

20.2.2应用目标562

20.2.3研究内容563

20.3主要技术途径565

20.3.1航天搭载材料选择565

20.3.2航天搭载技术565

20.3.3航天搭载植物种子材料突变体分离和地面选育技术566

20.3.4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567

20.4近期地面重要研究与应用进展568

20.4.1我国航天育种发展现状568

20.4.2农业领域应用成果572

20.5未来发展虑574

20.5.1体思路574

20.5.2航天育种促进相关技术发展575