Изобретение относится к растениеводству и предназначено для конвейерного выращивания растений, главным образом, зеленых витаминных культур: салата, листовой капусты, листовой свеклы, укропа, петрушки и прочих в условиях, отличающихся от природных. Установка может применяться, в частности, для круглогодичного обеспечения свежей витаминной зеленью экипажей подводных и надводных судов автономного плавания, стационарных арктических и антарктических станций и метеопостов, орбитальных космических станций и космических поселений, подводных лабораторий, маяков, а также жителей районов с суровыми и экстремальными условиями жизни, ухудшенной экологической обстановкой и прочими неблагоприятными факторами. Установка может применяться также как средство улучшения экологической обстановки (обогащение кислородом, оптимизация влажности и ионного состава газовой среды) в автономных сооружениях и объектах, изолированных от внешней среды. Кроме того, установка может применяться для психологической разгрузки лиц, находящихся в условиях длительной изоляции от естественной среды обитания, а также как элемент интерьера витрин магазинов, круглогодично торгующих свежей зеленью, и других подобных помещений.
Достижения современного растениеводства позволяют создавать малогабаритные установки для культивирования растений в искусственных условиях среды, в частности при пониженной гравитации. Так, известно устройство для выращивания растений в условиях невесомости, включающее многоступенчатую посадочную поверхность, состоящую из отдельных посадочных планок с гнездами для растений, перемещаемых по мере роста последних по направляющим пазам, и источник света [1]
В целях максимального использования светового потока и посевной площади в известном устройстве посадочная поверхность имеет ступенчатую форму, причем посадочные планки в верхней части устройства расположены одна над другой, а в нижней части впритык друг к другу.
Недостатком известного устройства является то, что при таком способе освещения посадочной поверхности неизбежны значительные потери энергии фотосинтетически активной радиации за счет многократных отражений излучения источника, расположенного над растениями, от крыши к стенкам установки, причем эффективность использования фотосинтетически активной радиации уменьшается еще и из-за затенения нижних листьев растений, что отрицательно влияет на удельную продуктивность посева в целом. Между тем, удельная продуктивность посева растений с единицы посадочной площади является одним из важнейших критериев конструктивного совершенства устройств для конвейерного выращивания растений.
Одним из способов повышения удельной продуктивности посева является использование криволинейных посадочных поверхностей.
Известна установка для конвейерного выращивания растений, включающая опорный узел, посадочный барабан, установленный в упомянутом опорном узле с возможностью вращения, соосно расположенный светоотражающий экран с равномерно распределенными на его внутренней поверхности источниками света и узел подачи жидкости к корневой системе растений [2]
Посадочная поверхность в известной установке выполнена в виде кругового цилиндра, а светоотражающий экран в виде цилиндрической поверхности, направляющей для образующей которой является отрезок дуги спирали длиной 360o, при этом полюс спирали совмещен с осью кругового цилиндра, а начало дуги расположено на поверхности кругового цилиндра.
Такая конструкция установки позволяет получить более высокие значения удельной продуктивности, чем в установке с плоской посадочной поверхностью. Например, для установки с цилиндрической посадочной и освещаемой поверхностями удельная продуктивность может достигать 200% продуктивности плоского посева.
Вместе с тем указанная установка непригодна для использования в условиях нормальной гравитации, так как под воздействием гравитационного поля Земли стебли растений вследствие геотропической реакции будут располагаться вдоль силовых линий гравитационного поля и тем самым вызывать затенение нижних листьев по мере роста растений на верхней части цилиндра и гибель растений на нижней части цилиндра. При большом листовом индексе в посеве верхние листья на верхней части цилиндра оказываются в условиях достаточного или чрезмерного освещения, в то время как нижние листья остаются практически в темноте. Таким образом, средний коэффициент использования посевом световой энергии, а следовательно, и удельная продуктивность посева на верхней части цилиндра остается низкой. Кроме того, геометрическая форма поверхности светоотражающего экрана, приближающаяся к спирали Архимеда, не является оптимальной для многих витаминных культур, кривая роста которых существенно отличается от кривой Архимеда. Поштучное высаживание растений в гнезда посадочного барабана, как это предусматривается конструкцией известной установки, трудоемко и малопродуктивно. Узел подачи жидкости (воды или питательного раствора) к корневой системе растений не обеспечивает равномерного увлажнения по всей длине барабана и практически неработоспособен в условиях невесомости.
Таким образом, в основу данного изобретения положена задача создания высокопродуктивной и надежной установки для конвейерного выращивания растений в искусственных условиях среды, отвечающей уровню современного растениеводства.
Исследовательские оранжереи для выращивания высших растений нашли в последние годы широкое применение в биологических экспериментах, проводимых в космосе. Существующие в настоящее время конструкции космических оранжерей в основном повторяют компоновку наземных экспериментальных установок и отличаются от последних лишь модернизированной для условий невесомости системой корневого питания растений. Вместе с тем предполагается использование биомассы высших растений на космических кораблях в качестве источника растительной пищи при длительных космических полетах, что предусматривает создание промышленных установок вместо исследовательских оранжерей, используемых в биологических экспериментах.
Известно, что продуктивность посевов растений в широком диапазоне условий выращивания пропорциональна облученности растений потоком фотосинтетически активной радиации. Коэффициент пропорциональности этой зависимости включает сомножителем произведение двух характеристик посевов, усредненных по времени, а именно коэффициент поглощения посевом потока фотосинтетически активной радиации и коэффициент использования растениями потока фотосинтетически активной радиации на фотосинтез. Таким образом, продуктивность растений в значительной степени определяется свойствами посева как оптической системы, которые характеризуются распределением света по глубине растительного слоя. Для обеспечения высоких значений коэффициента полезного действия посева растений как приемника фотосинтетически активной радиации необходимо выполнение следующих условий: 1) фотосинтетически активная радиация, падающая на посев, должна практически полностью поглощаться растениями; 2) облученность фотосинтезирующих органов в самых нижних ярусах посева должна превосходить световой компенсационный пункт, т.е. то значение плотности потока энергии фотосинтетически активной радиации, при которой интенсивность фотосинтеза листьев становится равной интенсивности их дыхания. Одновременное выполнение названных условий для посева одновозрастных растений на плоскости вызывает трудности ввиду многократного увеличения фотосинтезирующей поверхности растений в онтогенезе. При используемых в таких посевах плотностях посадки значения листового индекса для молодых растений обычно не превышают единицы, что свидетельствует о выполнении первого условия, однако в конце вегетации листовой индекс в посевах возрастает до 10 и более единиц, вследствие чего нарушается второе условие. Для обеспечения оптимальных оптических свойств посева растений на плоскости в течение всей вегетации был предложен метод раздвижения растений по мере нарастания листовой поверхности. Однако реализация этого метода на плоской посадочной поверхности сопряжена с перемещением растений, что требует применения дополнительных устройств и существенно усложняет технологию выращивания растений. Отсутствие силы тяжести в условиях космического полета предоставляет возможность формирования посевов с криволинейными посадочными поверхностями, например с цилиндрической или сферической, и расположением стеблей по нормалям к ней. Если в условиях Земли стебли растений вне зависимости от формы посадочной поверхности будут располагаться вертикально вследствие геотропической реакции, то при невесомости направление роста стеблей будет определяться фототаксисом. Следовательно, задавая в условиях невесомости с помощью светотехнических устройств световое поле с различными пространственными характеристиками, можно получить посевы с различными направлениями стеблей в пространстве. Если, например, установить концентрически со сферической или цилиндрической посадочной поверхностью такой же формы внешний равномерно светящийся светильник (либо светоотражающий экран), то стебли растений расположатся вдоль радиусов посадочной поверхности. В таких посевах затенение нижних листьев растений будет значительно меньше, а использование световой энергии на фотосинтез значительно выше. В многочисленных экспериментах доказано, что для нейтрализации проявления геотропических реакций растений достаточно вращать посадочную поверхность со скоростью 2-10 об/ч вокруг одной или двух взаимно перпендикулярных осей. Таким образом, появляется возможность использовать посевы с разнонаправленным расположением стеблей в пространстве в условиях Земли и, следовательно, задача повышения удельной продуктивности посева в искусственных условиях среды может быть сведена к обеспечению условий для максимального использования растениями потока фотосинтетически активной радиации.
Указанная задача, согласно изобретению, решена тем, что в установке для конвейерного выращивания растений, включающей опорный узел, посадочный барабан, установленный в упомянутом опорном узле с возможностью вращения, соосно расположенный светоотражающий экран с равномерно распределенными на его внутренней поверхности источниками света и узел подачи жидкости к корневой системе растений, светоотражающий экран выполнен в форме поверхности, направляющая для образующей которой описана уравнением
ρ(Φ) = ρ0+ ρ1+ H(Φ) (1),
где ρ(Φ) радиус-вектор направляющей;
Φ угол поворота радиуса вектора 
ρ0 радиус посадочного барабана;
ρ1 высота растений в конце первого шага растительного конвейера;
кривая роста растений в полярных координатах, где
h(t) кривая роста растений;
t возраст растений;
T продолжительность вегетации растений в установке;
n число шагов растительного конвейера,
и установлен с помощью зацепления с посадочным барабаном, содержащим полый перфорированный сердечник с набивкой из капиллярно-пористого материала, простирающиеся вдоль образующей перфорированного сердечника вегетационные сосуды, имеющие в поперечном сечении форму трапеции и контактирующие меньшим основанием с наружной поверхностью сердечника посадочного барабана, причем проекция большего основания трапеции на плоскость, перпендикулярную продольной оси полого перфорированного сердечника, образует хорду окружности, проведенной по наружным граням углов, образованных большими основаниями и боковыми сторонами вегетационных сосудов, планки для закрепления семян культивируемых растений, расположенные между внутренними поверхностями боковых сторон вегетационных сосудов, и влагопередающие фитили, контактирующие с наружными поверхностями меньших оснований вегетационных сосудов, причем контактирующие поверхности полого перфорированного сердечника посадочного барабана и вегетационных сосудов выполнены из влагоемкого капиллярно-пористого материала.
Целесообразно, чтобы количество вегетационных сосудов было кратно количеству шагов конвейерного посева.
Также целесообразно, чтобы установка была снабжена приводом для вращения посадочного барабана.
При этом желательно, чтобы привод был выполнен реверсивным.
Целесообразно, чтобы привод был снабжен редуктором.
При этом зацепление светоотражающего экрана и посадочного барабана может быть выполнено с помощью фиксатора.
Конструктивно целесообразно, чтобы планки были выполнены с гнездами для семян культивируемых растений.
Кроме того, желательно, чтобы вегетационные сосуды были снабжены крышками из гидрофобного капиллярно-пористого материала, имеющими прорези для влагопередающих фитилей.
Согласно второму варианту решения задачи светоотражающий экран выполнен в форме поверхности, образованной вращением вокруг продольной оси посадочного барабана отрезка кривой, описанной уравнением:
где l расстояние от края посадочного барабана;
ρ0 радиус посадочного барабана;
ρ1 высота растений в конце первого шага растительного конвейера;
h(t) кривая роста растений;
T продолжительность вегетации растений в установке;
L длина посадочного барабана;
t возраст растений,
а посадочный барабан содержит полый перфорированный сердечник с набивкой из капиллярно-пористого материала, разъемные кольцевые вегетационные сосуды, надеваемые на упомянутый сердечник с возможностью перемещения вдоль продольной оси последнего и фиксации от проскальзывания при вращении посадочного барабана, разъемные кольца для закрепления семян культивируемых растений, расположенные между внутренними боковыми поверхностями вегетационных сосудов, и влагопередающие фитили, контактирующие с наружными поверхностями разъемных колец и внутренними кольцевыми поверхностями вегетационных сосудов, причем контактирующие поверхности полого перфорированного сердечника посадочного барабана и вегетационных сосудов выполнены из влагоемкого капиллярно-пористого материала, а на поверхности светоотражающего экрана со стороны первого шага растительного конвейера выполнено окно для проведения технологических операций с вегетационными сосудами.
При этом желательно, чтобы количество разъемных кольцевых вегетационных сосудов было кратно количеству шагов растительного конвейера.
Целесообразно, чтобы установка была снабжена приводом для вращения посадочного барабана.
Желательно, чтобы указанный привод был выполнен реверсивным.
Целесообразно, чтобы привод был снабжен редуктором.
При этом узел подачи жидкости к корневой системе растений может включать заполняемую водой или питательным раствором по меньшей мере одну емкость с перекрываемым дренажным отверстием для выравнивания давления в емкости с атмосферой, патрубок, сообщающий полость указанной емкости с полостью перфорированного сердечника посадочного барабана, набивку из капиллярно-пористого материала, заполняющую полость указанного патрубка и контактирующую с набивкой полого перфорированного сердечника, а также средство для создания избыточного давления в полости упомянутой выше емкости.
Благодаря такому конструктивному выполнению установки стало возможным наращивать конвейерный посев растений на цилиндрической поверхности в условиях гравитации, сохраняя радиальное расположение стеблей растений. При этом улучшается использование в посеве световой энергии на фотосинтез за счет уменьшения затенения нижних листьев растений, концентрации светового потока от источников света по направлению к продольной оси посадочного барабана и снижения потерь световой энергии за счет многократных отражений света от цилиндрического светоотражающего экрана. Кроме того, при выбранной форме вегетационных сосудов объем корневой зоны становится минимально необходимым для размещения корней, а предложенная форма поверхности светоотражающего экрана минимизирует объем установки по надземной части посева. Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает увеличение коэффициента полезного использования света в посеве, уменьшение занимаемого объема и, как следствие, увеличение урожайности по растительной биомассе на единицу объема и потребляемой энергии. Два варианта взаимной компоновки вегетационных сосудов и светоотражающих экранов соответствующей формы позволяют выбирать различные варианты размещения установки в малых помещениях, например в кабине космической станции или в судовом отсеке.
Количество вегетационных сосудов, кратное количеству шагов конвейера, позволяет выращивать многовидовые конвейерные посевы, либо изменять количество получаемой растительной продукции на отдельных шагах конвейера в установке.
Реверсивное вращение посадочного барабана с выбранной за счет редуктора скоростью дает возможность нейтрализовать геотропическую реакцию различных растений, что необходимо для выращивания посевов с радиальным расположением стеблей на посадочном барабане в условиях гравитации.
Для перемещения шагов конвейера в установке по мере роста растений в варианте 1 предусмотрен фиксатор, при освобождении которого можно передвинуть посадочный барабан относительно светоотражающего экрана.
Во избежание выхода капельной воды из вегетационного сосуда в его нижнем положении и в то же время для обеспечения возможности испарения воды из сосуда крышки вегетационного сосуда выполнены из гидрофобного капиллярно-пористого материала с прорезями для влагопередающих фитилей.
Конструкция узла подачи жидкости к корневой системе растений обеспечивает возможность подачи жидкости в вегетационные сосуды в любом положении посадочного барабана как при наличии, так и при отсутствии гравитации.
На фиг. 1 изображена установка для конвейерного выращивания растений (вариант 1), вид спереди; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 2; на фиг. 4 установка для конвейерного выращивания растений (вариант 2), вид спереди; на фиг. 5 сечение А-А на фиг. 4.
Установка для конвейерного выращивания растений (вариант 1) содержит (фиг. 1) опорный узел 1, посадочный барабан 2, установленный в упомянутом опорном узле с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, соосно расположенный светоотражающий экран 3 с равномерно распределенными на его внутренней поверхности источниками 4 света и узел 5 подачи жидкости к корневой системе растений. Светоотражающий экран 3 (фиг. 2) выполнен в форме поверхности, направляющая для образующей которой описана уравнением
ρ(Φ) = ρ0+ ρ1+ H(Φ) (1),
где ρ(Φ) радиус-вектор направляющей;
Φ угол поворота радиуса вектора 
ρ0 радиус посадочного барабана;
ρ1 высота растений в конце первого шага растительного конвейера;
кривая роста растений в полярных координатах, где
h(t) кривая роста растений;
t возраст растений;
T продолжительность вегетации растений в установке;
n число шагов растительного конвейера;
и установлен с возможностью зацепления с посадочным барабаном 2.
Посадочный барабан 2 (фиг. 1) содержит полый перфорированный сердечник 6 с набивкой 7 из капиллярно-пористого материала, простирающиеся вдоль образующей перфорированного сердечника 6 вегетационные сосуды 8, имеющие в поперечном сечении форму трапеции (фиг. 2) и контактирующие меньшим основанием с наружной поверхностью сердечника 6 посадочного барабана 2, причем проекция большего основания трапеции на плоскость, перпендикулярную продольной оси полого перфорированного сердечника 6, образует хорду окружности, проведенной по наружным граням углов, образованных большими основаниями и боковыми сторонами вегетационных сосудов 8. Между внутренними поверхностями боковых сторон вегетационных сосудов 8 расположены планки 9 (фиг. 3) для закрепления семян культивируемых растений. С наружными поверхностями указанных планок 9 и внутренними поверхностями меньших оснований вегетационных сосудов 8 контактируют влагопередающие фитили 10 (фиг. 3). Контактирующие поверхности полого перфорированного сердечника 6 посадочного барабана 2 и вегетационных сосудов 8 выполнены из влагоемкого капиллярно-пористого материала, например пенополивинилформаля.
Посадочный барабан 2 имеет привод 11 (фиг. 1) для вращения вокруг своей продольной оси. Привод 11 для вращения посадочного барабана 2 выполнен реверсивным и снабжен понижающим редуктором 12. Зацепление светоотражающего экрана 3 и посадочного барабана 2 выполнено с помощью фиксатора 13. Планки 9 имеют гнезда 14 (фиг. 3) для закрепления семян культивируемых растений, а вегетационные сосуды 8 снабжены крышками 15, изготовленными из гидрофобного капиллярно-пористого материала, например поролона, и имеют прорези 16 (фиг. 2) для влагопередающих фитилей 10 (фиг. 3).
Согласно варианту 2 (фиг. 4) установка для конвейерного выращивания растений содержит опорный узел 17, посадочный барабан 18, установленный в опорном узле с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, соосно расположенный светоотражающий экран 19 с равномерно распределенными на его внутренней поверхности источниками 20 света и узел 21 подачи жидкости к корневой системе растений.
Светоотражающий экран 19 (фиг. 4) выполнен в форме поверхности, образованной вращением вокруг продольной оси посадочного барабана отрезка кривой, описанной уравнением
где ρ0 радиус посадочного барабана;
ρ1 высота растений в конце первого шага растительного конвейера;
h(t) кривая роста растений;
T продолжительность вегетации растений в установке;
L длина посадочного барабана;
t возраст растений;
l расстояние от края посадочного барабана.
Посадочный барабан 18 содержит полый перфорированный сердечник 22 с набивкой 23 из капиллярно-пористого материала, разъемные кольцевые вегетационные сосуды 24, надеваемые на сердечник 22 с возможностью перемещения вдоль продольной оси сердечника 22 и фиксации от проскальзывания при вращении посадочного барабана 18. Между внутренними боковыми поверхностями вегетационных сосудов 24 расположены разъемные кольца 25, предназначенные для закрепления семян культивируемых растений. С наружными боковыми поверхностями колец 25 и внутренними кольцевыми поверхностями вегетационных сосудов 24 контактируют влагопередающие фитили 26.
Контактирующие поверхности полого перфорированного сердечника 22 посадочного барабана 18 и вегетационных сосудов 24 выполнены из влагоемкого капиллярно-пористого материала, например поливинилформаля. На поверхности светоотражающего экрана 19 со стороны первого шага растительного конвейера выполнено окно 27 (фиг. 1) для проведения технологических операций с вегетационными сосудами 24.
Посадочный барабан 18 имеет привод 28 для вращения вокруг своей продольной оси. Привод 28 для вращения посадочного барабана 18 выполнен реверсивным и снабжен редуктором 29.
Узел подачи жидкости к корневой системе растений согласно вариантам 1 и 2 установки для конвейерного выращивания растений содержит заполняемую водой или питательным раствором по меньшей мере одну емкость 30 (фиг. 1 и 4) с перекрываемым дренажным отверстием 31, предназначенным для выравнивания давления в емкости 30 с атмосферой, патрубок 32, сообщающий полость 33 емкости 30 с полостью перфорированного сердечника 6 (фиг. 1) или 22 (фиг. 4), набивку 34 из капиллярно-пористого материала, заполняющую полость патрубка 32 и контактирующую с набивкой перфорированного сердечника 6 (фиг. 1) или 22 (фиг. 4) посадочного барабана 2 (фиг. 1) или 18 (фиг. 5) установки для конвейерного выращивания растений. Для улучшения смачивания фитилей 10 (фиг. 1) и 26 (фиг. 4) узел снабжен средством 35 (не показано) для создания избыточного давления в полости 33 емкости 30.
Установка для конвейерного выращивания растений по варианту 1 (фиг. 1, 2) монтируется на опорной раме 1, изготовленной из металлического профиля, например углового, и имеет два посадочных места под подшипники вращения (не показаны). Расстояние между упомянутыми подшипниками выбирается исходя из потребной производительности установки по растительной продукции и в случае использования в качестве источников света люминесцентных ламп должно несколько превышать длину лампы выбранной мощности. На перфорированный сердечник 6 надеваются и закрепляются, например, фиксирующими винтами (не показаны) две одинаковые втулки с торцевыми дисками посадочного барабана 2. Расстояние между торцевыми дисками должно быть на 4-5 см меньше, чем длина ламп выбранного типа. Концы перфорированного сердечника 6 должны выступать наружу за опорные подшипники, причем на одном конце сердечника 6 надета и закреплена винтами ведомая шестерня редуктора 12. Ведущая шестерня редуктора 12 вращается двигателем 11, установленным на кронштейне (не показан), закрепленном на опорной раме 1. Внутрь полого сердечника 6 помещается набивка 7 из влагоемкого пористого материала, в частности пенополивинилформаля (ППВФ), концы которой заправляются в патрубок 32, ведущий в емкость 30 с водой или питательным раствором. Снаружи полый перфорированный сердечник 6 обернут слоем листового пенополивинилформаля толщиной 2-3 мм. К наружным поверхностям торцевых дисков посадочного барабана 2 крепятся на винтах-фиксаторах боковые щеки светоотражающего экрана 3, выполненные из листового анодированного дуралюминия. Наружный контур боковых щек имеет форму, задаваемую уравнением (1) в полярных координатах с центром на оси вращения посадочного барабана.
Форма кривой роста растений определяется значениями координат, полученных на основании экспериментальных работ (см. таблицу) для горчицы салатной (близкую кривую роста имеют еще несколько салатных культур, а также редис).
Светоотражающий экран 3 выполнен из листового анодированного дуралюминия, натянутого на наружные контуры боковых щек и закрепленного с помощью винтов и дуралевых уголков с резьбовыми отверстиями (не показаны). Внутренние поверхности светоотражающего экрана 3 и боковых щек выкрашены светотехнической эмалью. Тринадцать люминесцентных ламп типа ЛБ-20 крепятся в торцевых патронах, смонтированных на боковых щеках. Рядом расположены патроны для пускателей (не показаны).
В среднем поперечном сечении в светоотражающем экране 3 вырезаны четыре сквозных отверстия под углом 90o друг к другу, в которые вставлены четыре вытяжных вентилятора (не показаны) типа ВН-2 для охлаждения ламп.
На внутренних поверхностях торцевых дисков посадочного барабана 2 выполнены десять направляющих радиальных пазов для установки девяти вегетационных сосудов 8. Вегетационные сосуды 8 имеют трапецеидальное поперечное сечение, причем высота трапеции определяется в зависимости от выбранной культуры растений. Для зеленых растений и редиса эта высота составляет в среднем 10-12 см. Остальные размеры вегетационного сосуда определяются в зависимости от количества шагов конвейера, потребной структуры урожая и расстояния между торцевыми дисками посадочного барабана. Например, для зеленых культур при десяти шагах конвейера по одному вегетационному сосуду в каждом ширина верхнего основания трапеции составила 5 см, ширина нижнего основания 0,8 см, а длина вегетационного сосуда 48 см.
Пример выполнения вегетационного сосуда.
Вегетационные сосуды изготовлены на основе тонкоячеистой сетки из нержавеющей стали, натянутой на две одинаковые торцевые трапецеидальные пластины из анодированного дуралюминия. Торцевые пластины имеют в верхней части отогнутые наружу кронштейны с резьбовыми отверстиями и крепежными винтами. По боковым поверхностям вегетационного сосуда 8 сетка закреплена анодированными рамками, выштампованными из дуралюминиевого листа, прикрепленными к торцевым трапецеидальным пластинам. Около нижнего основания через отверстия в торцевых трапецеидальных пластинах пропущена спица из нержавеющей стали, закрепленная гайками снаружи на торцевых трапецеидальных пластинах. Гайки служат выступами, входящими в радиальные направляющие пазы на внутренних поверхностях торцевых дисков посадочного барабана. На дне вегетационного сосуда 8 в сетке прорезан ряд окон, распределенных по длине посадочного барабана. На спицу в нижней части вегетационного сосуда нанизывают жгут из пенополивинилформаля (ППВФ), вокруг которого петлей оборачивают прямоугольный фитиль из хлоринового полотна таким образом, что окна в сетке полностью перекрываются хлориновым полотном. Концы фитиля соединяют вместе и выводят наружу. Далее вегетационный сосуд заполняют гранулированным ионообменным субстратом, например балканином, с размером гранул 1-3 мм, с объемной плотностью около 0,9 г/см3. Сверху вегетационный сосуд закрывают крышкой 15 из поролона толщиной 10 мм с продольной прорезью, через которую выводятся наружу концы фитиля. Поролоновая крышка 15 прижимается к гранулированному субстрату с помощью рамки, штампованной из листового дуралюминия, прикрепленной к торцевым пластинам и боковым рамкам. Вегетационные сосуды крепятся винтами за кронштейны на торцевых пластинах в резьбовые глухие отверстия, выполненные на цилиндрической поверхности двух торцевых дисков посадочного барабана 2. В случае, когда посадочный барабан включает десять вегетационных сосудов, углы между осями соседних глухих резьбовых отверстий составляют 36o. При необходимости переместить посадочный барабан 2 относительно светоотражающего экрана 3 отворачивается фиксатор 13, крепящий щеки светоотражающего экрана к внутренним поверхностям 2-х торцевых дисков, светоотражающий экран 3 поворачивается относительно посадочного барабана 2 до попадания фиксаторов в соседние резьбовые отверстия на внутренних поверхностях дисков. Угол поворота между соседними резьбовыми отверстиями составляет 36o. Затем фиксаторы 13 закручиваются и новое положение сосудов остается неизменным в течение следующего шага конвейера.
Выращивание растений в установке в условиях земной гравитации производят следующим образом. Включают двигатель, обеспечивающий релаксационное вращение посадочного барабана 2 вместе с светоотражающим экраном 3 со скоростью 5-10 об/мин. В емкость 30 (фиг. 3) заливают воду, соответствующую по качеству питьевой, которая вследствие действия капиллярных сил подается по набивке 34 патрубка 32 и через перфорацию сердечника 6 к фитилям 10 в данных окнах вегетационных сосудов. Через фитили постепенно смачивается весь объем ионообменного гранулированного субстрата в вегетационных сосудах. Для ускорения этого процесса в емкость 30 можно подавать воздух с помощью ручного или иного насоса при закрытом дренажном отверстии 31. После полного смачивания субстрата и фитиля между сдвоенными верхними концами последнего в прорезь крышки 15 (фиг. 1, 2) вегетационного сосуда 8, расположенного в окне светоотражающего экрана 3, вставляют посадочную планку 9 (фиг. 3) с наклеенными в ее боковые гнезда семенами выбранной культуры растений. Ширина посадочной планки 9 задает необходимую глубину посадки. На 3-й день двигатель выключают, отворачивают фиксаторы 13 и поворачивают светоотражающий экран на угол 36o таким образом, чтобы проростки растений на 1-м шаге конвейера оказались под источником света 4 (фиг. 1), ближе всех остальных расположенном к посадочному барабану 2. После этого фиксаторами 13 закрепляют новое положение светоотражающего экрана, вставляют посадочную планку с семенами в прорезь крышки вегетационного сосуда на втором шаге конвейера в окне светоотражающего экрана 3, включают источник 4 и вентиляторы на светоотражающем экране, а также двигатель, вращающий установку. При необходимости с помощью программного устройства можно задать световой период, т.е. время ежедневного включения и выключения ламп. На 6-й день после начала работы повторяют операцию поворота светоотражающего экрана 3 на угол 36o и посадки семян в следующий сосуд N 3 в окне светоотражающего экрана и т.д. на каждые 3-и сут после очередной посадки. На 30-е сут после начала работы практически все пространство между посадочным барабаном 2 и светоотражающим экраном 3 оказывается заполненным зеленым конвейерным посевом, причем растения на первом шаге конвейера готовы к уборке. Двигатель останавливают, отворачивают фиксаторы 13, поворачивают светоотражающий экран в очередной раз на угол 36o и вегетационный сосуд с созревшими растениями оказывается в окне светоотражающего экрана. После этого посадочную планку и растения вынимают из вегетационного сосуда, при этом сосуд может быть вынут из установки или оставлен в посадочном барабане по желанию, а на освободившееся место между концами фитиля вставляют новую планку с наклеенными семенами. Далее ставят вегетационный сосуд на место, включают вращение и процесс продолжается. После 30-ти сут растительный конвейер в установке становится стационарным и регулярно обеспечивает урожай с одного вегетационного сосуда каждые 3 дня. Процесс конвейерного выращивания растений в установке может продолжаться непрерывно до тех пор, пока не истощится запас солей в ионообменном субстрате. В лабораторных опытах на установке урожаи капусты листовой китайской составляли при светопериоде 10 ч в сутки от 200 до 300 г за 3 сут. Производительность установки может быть повышена за счет увеличения длины вегетационных сосудов и количества растений в них при соответствующем увеличении потребляемой на освещение мощности электроэнергии.
Преимущества предложенной установки могут быть оценены с двух позиций: с точки зрения увеличения урожая на единицу потребляемой электроэнергии и с точки зрения экономии объема и связанного с ним веса установки при фиксированной производительности, что особенно существенно при использовании на космических объектах. Оценка энергозатрат в опытах по выращиванию капусты листовой китайской в течение 30 дн под люминесцентными лампами с 16 часовым фотопериодом на гранулированном субстрате "балканин" на плоском столе под люминостатом дала величины в диапазоне от 52 до 90 кВт/ч на производство 1 кг биомассы листовой капусты, а для описанной установки этот показатель находился в диапазоне 35-45 кВт/ч на 1 кг той же продукции. Что касается объема, то из геометрических соотношений показано, что для посевов с одинаковым количеством растений и с одинаковой освещаемой площадью на уровне верхушек растений цилиндрическая компоновка вегетационного устройства дает выигрыш по сравнению с обычной плоскостной компоновкой до 100%
Технология изготовления установки по варианту 2 не отличается от вышеописанной.
Агротехнические операции те же.
Источники информации
1. А.с. СССР N 1598926 от 8.07.88, кл. A 01 G 31/02.
2. А.с. СССР N 818563 от 11.11.79, кл. A 01 G 31/02.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Устройство для конвейерного выращивания растений | 1990 |
|
SU1748753A1 |
| Устройство для конвейерного выращивания растений | 1981 |
|
SU1012846A1 |
| УСТАНОВКА ДЛЯ ГИДРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ | 1999 |
|
RU2151493C1 |
| Устройство для выращивания растений | 1982 |
|
SU1047449A2 |
| Вегетационный сосуд для растений | 1988 |
|
SU1598926A1 |
| Устройство для выращивания растений | 1979 |
|
SU818563A1 |
| Устройство для гидропонного выращивания растений | 1976 |
|
SU820001A1 |
| Вегетационный сосуд для растений | 1986 |
|
SU1424774A1 |
| Установка для выращивания растений | 1988 |
|
SU1554834A1 |
| Вегетационное устройство | 1983 |
|
SU1161022A1 |
Использование: растениеводство; предназначено для конвейерного выращивания растений в искусственных условиях среды обитания. Сущность изобретения: установка содержит опорный узел, посадочный барабан, установленный в упомянутом опорном узле с возможностью вращения. Соосно с ним расположен светоотражающий экран с равномерно распределенными на его внутренней поверхности источниками света и узел подачи жидкости к корневой системе растений. Светоотражающий экран выполнен в форме поверхности, направляющая для образующей которой описана уравнением
где ρ(Φ) - радиус-вектор направляющей; Φ - угол поворота радиуса вектора; ρ0 - радиус посадочного барабана; ρ1 - высота растений в конце первого шага растительного конвейера; 
- кривая роста растений в полярных координатах и линейных координатах; h(t) - кривая роста растений; t - возраст растений; T - продолжительность вегетации растений в установке; l - расстояние от края посадочного барабана; n - число шагов растительного конвейера. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
ρ(Φ) = ρ0+ ρ1+ H(Φ),
где ρ(Φ) - радиус-вектор направляющей;
Φ - угол поворота радиуса вектора 
ρ0 - радиус посадочного барабана;
ρ1- высота растений в конце первого шага растительного конвейера;
кривая роста растений в полярных координатах, где h(t) кривая роста растений; t возраст растений; T продолжительность вегетации растений в установке; n число шагов растительного конвейера,
и установлен с возможностью зацепления с посадочным барабаном, содержащим полый перфорированный сердечник с набивкой из капиллярно-пористого материала, простирающиеся вдоль образующей перфорированного сердечника вегетационные сосуды, число которых кратно числу матов растительного конвейера, имеющие в поперечном сечении форму трапеции и контактирующие меньшим основанием с наружной поверхностью сердечника посадочного барабана, причем проекция большего основания трапеции на плоскость, перпендикулярную продольной оси полого перфорированного сердечника, образует хорду окружности, проведенной по наружным граням углов, образованных большими основаниями и боковыми сторонами вегетационных сосудов, планки для закрепления семян культивируемых растений, расположенные между внутренними поверхностями боковых сторон вегетационных сосудов, и влагопередающие фитили, контактирующие с наружными поверхностями указанных выше планок и внутренними поверхностями меньших оснований вегетационных сосудов, причем контактирующие поверхности полого перфорированного сердечника посадочного барабана и вегетационных сосудов выполнены из влагоемкого капиллярно-пористого материала.
где ρ0 - радиус посадочного барабана;
ρ1 - высота растений в конце первого шага растительного конвейера;
h(t) кривая роста растений;
T продолжительность вегетации растений в установке;
L длина посадочного барабана;
t возраст растений;
l расстояние от края посадочного барабана,
а посадочный барабан содержит полый перфорированный сердечник с набивкой из капиллярно-пористого материала, разъемные кольцевые вегетационные сосуды, число которых кратно числу матов растительного конвейера, расположенные на упомянутом сердечнике с возможностью перемещения вдоль продольной оси последнего и фиксации от проскальзывания при вращении посадочного барабана, разъемные кольца для закрепления семян культивируемых растений, расположенные между внутренними боковыми поверхностями вегетационных сосудов, и влагопередающие фитили, контактирующие с наружными поверхностями разъемных колец и внутренними кольцевыми поверхностями вегетационных сосудов, причем контактирующие поверхности полого перфорированного сердечника посадочного барабана и вегетационных сосудов выполнены из влагоемкого капиллярно-пористого материала, а на поверхности светоотражающего экрана со стороны первого шага растительного конвейера выполнено окно для проведения технологических операций с вегетационными сосудами.
| Устройство для выращивания растений | 1979 |
|
SU818563A1 |
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
