[发明专利]一种小型生物再生式生命保障系统实验装置

说明书

技术领域

本发明属于空间生命保障技术领域，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。 

背景技术

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BIOS-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CO₂/O₂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CO₂/O₂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。 

发明内容

本发明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；