АННОТАЦИЯ

Производство пищи на месте будет существенным для расширения человеческой деятельности на Марсе. Во время колонизации Марса постоянная доставка расходных материалов от Земли станет не только очень дорогой из-за ограничений по массе и объему, но и может вызвать психологические проблемы у поселенцев из-за питания, состоящего в основном из полуфабрикатов. Различные технологии, необходимые для производства биомассы на Марсе, способные обеспечить продовольствие и улучшение жизнеобеспечивающей деятельности ещё не были должным образом применены и продемонстрированы. В этой статье мы рассмотрим автоматическую сельскохозяйственную роботизированную систему и камеру биомассы на Марсе для получения свежих овощей и фруктов с целью поддержания диеты экипажа. Особенностью нашего подхода является использование автоматических систем для замены человеческого труда и обеспечения оптимальных условий среды для роста. Система обеспечит наилучшую автономную возможность производства биомассы, чтобы дать возможность выращивания большого количества растений с наименьшим человеческим участием. Сначала будет рассмотрена камера биомассы для селекции овощей и фруктов, которые могут быть соответствующим образом выращены в контролируемых условиях. Затем рассматривается усовершенствованная автоматическая система для того, чтобы автономно поддерживать камеру с биомассой. Она будет собирать, переносить и хранить плоды, получая некоторые удалённые команды управления. Датчики автоматической системы позволят наблюдать за биомассой в камере со средой, оценивать температуру, влажность, количество света и т.д. Система контроля также представлена. Полагается, что она будет способна обеспечивать устойчивую работу всей системы, поддерживая оптимальный рост и состояние здоровья растений при работе. Это обеспечит высокую автономность, наблюдение, диагностику, саморемонт и самообучение. В итоге мы представим прототип системы, который работал почти непрерывно в контролируемой системе жизнеобеспечения в космическом центре имени Кеннеди.

 

  1. Введение

Способы снижения рисков и стоимости путешествия на Марс были хорошо изучены за последние несколько десятилетий. Способами снижения затрат являются снижение требований к перевозимой массе и обеспечение продовольствием и прочими материалами жизнеобеспечения с помощью биологически восполняемых ресурсов, использующих камеры производства биомассы. Такие камеры являются крайне необходимыми. Они помогли бы космическим экипажам получать кислород и пищу. Камеры также являются критически важными для первых шагов любого терраформирования. Для любых таких начинаний самодостаточность экипажа имеет решающее значение. Надёжная технология производства биомассы в космосе, способная обеспечить пищу, до сих пор не разработана. Чтобы быть эффективной такая система должна использовать автоматику для увеличения механизации или полного замещения человеческого труда. В этом материале будут оцениваться некоторые технологии и определяться важнейшие улучшения, необходимые для создания системы автономного производства биомассы (САПБ), использующей автоматику. В космосе или на других планетах контролируемая среда с использованием САПБ может потребоваться, чтобы успешно выращивать съедобные продукты. Без автономной системы нужные культуры не могут выращиваться однородно и не могут быть выращены в средах, отличных от сред, в которых живут люди, отсутствие такой системы также может препятствовать человеческому взаимодействию. САПБ может решить многие проблемы, связанные с разнородностью и доступностью камер выращивания, более того такая система может уменьшить психологическую нагрузку на космонавтов, возникающую из-за необходимости выращивать и собирать урожай. Такая система может позволить более эффективно использовать время космонавтов. Следовательно, существует необходимость своевременно построить и протестировать САПБ с целью разработки алгоритмов, которые максимизируют возможность самостоятельного выращивания растений. Космический институт Флориды и университет центральной Флориды принимали активное участие в научно-исследовательской деятельности по камерам производства биомассы, проводившейся в НАСА в центре имени Кеннеди на тему восстанавливающейся системы жизнеобеспечения, использующей гидропонное выращивания растений в закрытой среде.

 

  1. Экологические ограничения на Марсе

Требования к начальным миссиям НАСА на Марс включали необходимость располагаться на широтах ± 15 градусов от марсианского экватора. Причины таких требований включали в себя температуру, давление, солнечное излучение и пылевые бури. Тем не менее, камеры с биомассой потребуют более высоких температур и более низких высот местности, а также незначительных ​​сезонных колебаний. Следовательно, диапазон дневной температуры стоит выбрать для проектирования величиной от 150K до 300K. Тем не менее, в зависимости от рельефа поверхности, давление может быть в диапазоне от 2 до 10 миллибар. Для проектируемых камер атмосферное давление будет предполагаться близким к вакууму. Скорость ветра нужно принять величиной 0,5-0,9 м/с днём и 4,5 м/с ночью. Тем не менее, как локализованные, так и глобальные (приходящие из марсианского южного полушария) пылевые бури могут достигать скорости ветра до 25 м/с. В афелии солнечное излучение будет иметь удельную мощность 473 Вт/м², в то время как в перигелии будет 718 Вт/м². Таким образом камера будет расмотрена с учётом противостояния наихудшему сценарию в окружающей среде. [1]

2.1 Предполагаемые физические ограничения

2.1.1 Требования к внешней оболочке

Оболочка должна быть развёрнута с пилотируемого или беспилотного транспортного средства и должна иметь складной внутренний костяк конструкции, который может быть сложен в небольшой отсек полезной нагрузки и из которого этот костяк может быть автоматически развёрнут. Прозрачные материалы кажутся хорошим вариантом с учётом экономии массы и мощности, но они должны пропускать максимум излучения длиной волны 400 – 700 нм и быть в состоянии выдерживать условия окружающей среды (Марсианской): ультрафиолетовое излучение и другие условия. Геометрия оболочки должна учитывать такие факторы, как эффективность светоприёма, ориентация с учётом движения солнца по небу и необходимость выдерживать разность давлений (при движении изнутри наружу камеры могут быть переходы величиной от 10 до примерно 50 кПа). [2]

2.1.2 Требования к устройству зоны роста.

Рост может осуществляться при наличии надлежащего объема для размещения растущего урожая и любых возможных необходимых материалов, а также возможности выдерживать суровые условия окружающей среды на Марсе. Компоненты должны иметь наименьшую массу и наилучшим образом укладываться и разворачиваться.

2.1.3 Система доставки воды и питательных веществ. Требования к системе.

Система из соответствующих материалов или непосредственно жидкость будут применяться для обеспечения водой и питательными веществами корней в зоне роста. Управление подачей минеральных удобрений и управление воздухообменом корневой зоны также должны учитываться. Таким же образом нужно учитывать и систему, которая управляет рециркуляцией минеральных питательных веществ и воздуха.

2.1.4 Требования к системе освещения.

В основном растениям для жизни нужен свет с длинами волн в диапазоне от 400 — 700 нм. Количество падающего на поверхность Марса света составляет половину от количества света на Земле. Следовательно, в освещении нужно учитывать ещё и искусственный свет. Чтобы растения в камере росли должным образом, необходима удельная мощность 125 Вт/м² (длины волн 400 — 700 нм) или около 500 ммоль/(м2*с) фотосинтетического фотонного потока (ФФП), с минимально возможной интенсивностью по крайней мере, 50 Вт/м² (примерно 200 микромоль/(м²*с)), поддерживаемая по крайней мере в течение 12 часов каждый Марсианский день (минимум ~ 2 МДж/(м²*день) или 8 моль/(м²*день)). [3]

2.1.5 Требования к составу атмосферы и к вентиляции.

Вентиляция, температурный режим, состав атмосферы, относительная влажность — важные параметры в обеспечении надлежащих условий роста. Концепция должна учитывать средства обеспечения удовлетворительных условий. Управление атмосферой потребует способа выделения и хранения фотосинтетического кислорода (O₂), а также потребует систему или способ получения диоксида углерода (СО₂), потребляемого растениями.

2.1.6 Требования к обращению с материалами.

В зависимости от обсуждаемого устройства рассматриваемой установки, автоматизация сбора урожая и подсадки саженцев также может потребоваться. Сбор урожая потребует удаления биомассы из установки для возможного обезвоживания и хранения. Съедобные части могут быть разделены и сохранены для прибывающих экипажей, либо системы могут быть спроектированы работать с участием человека, что сократит потребность в автоматизации. Аналогичным образом, посадка растений может быть автоматизированной или работать при содействии человека.

2.2 Контроль температуры для среды на Марсе.

Требования охлаждения и нагрева являются основными. В течение чрезвычайно холодных ночей камере могут потребоваться схемы дополнительной теплоизоляции, зависящие от прочих характеристик (например, дополнительное ночное укрытие). Может понадобиться рассеивать тепло от осветительной системы, при том, что поступление тепла будет нужно ночью. Таким образом, системы, способные собирать, хранить и излучать отработанное тепло должны быть включены в проект.

2.2.1 Рассуждение о рабочих температурах среды в установке.

Согласно данным миссии 1996 года «Pathfinder», температура в районе 40° северной широты в течение марсианских суток колеблется в пределах 200K-259K. Тем не менее, для биокамеры требуются немного более высокие температуры на более низких высотах. Сезонные изменения будут незначительными. Следовательно, ожидаемый дневной диапазон температур выбран для целей проектирования в пределах от 150K до 300K. [3]

2.2.2 Управление температурой.

Устройства, управляющие полиуретановыми перегородками будут служить теплообменниками. Для циркуляции воздуха требуется два 125 Вт и два 150 Вт вентилятора. Мощности вентиляторов хватит на 246 м² стеллажей. Система обращения воздуха обеспечит от 3 до 4 воздухообменов в минуту, со скоростью воздуха в диапазоне от 0,1 до 1,0 м/с. Отвод тепла и влаги будет осуществляться при помощи трубок с охлаждённой водой, расположенных на выходах вентиляторов. Конденсат на трубках также поможет управлять скоростями испарения. Распыление воды в потоке воздуха обеспечит дополнительное увлажнение, если это будет необходимо.

1

2.3 Требования к растительной продукции (выбор растений).

Диапазон температур и другие физические условия Марса играют жизненно важную роль в таком выборе. Был создан примерный перечень из двадцати пяти приемлемых культур, которые могут расти при температурах между 288,15 и 293,15 градусов Кельвина. Эти растения были отобраны для итогового рассмотрения в связи с тем, что являются выносливыми видами с высокой устойчивостью к холоду.

2

 

Из этих кандидатов, шестнадцать необходимо доставить на Марс в виде семян в упаковке. Их рост случится после развёртывания камеры из транспорта. Кислорода в воздухе внутри камеры должно быть 10-14% по объёму. Растения были выбраны по следующим причинам:

1) Высокая урожайность и быстрый рост

2) Дают питательную биомассу из углеводов и белков

3) Большое соотношение съедобной массы и несъедобной

4) Низкие требования к уходу

5) Более высокая вероятность психологического и эстетического выбора космонавтов

6) Низкая высота, можно выращивать на нескольких этажах стеллажа

7) Садоводческие требования легко выполняются автоматикой

8) Требования к среде легко выполняются с минимальным потреблением энергии

9) О каждом растении доступно много информации, включая генотипы

Растениями, в итоге отобранными после детального исследования были: пшеница, короткостебельный рис, соя, картофель, бобы, клубника, салат, помидоры, лук, брокколи, шпинат, свекла, морковь, щирица и резуховидка Таля.

 

  1. Автоматическая система сбора урожая

3.1 Требования контроля.

Процессы и части системы должны постоянно контролироваться. Рост и здоровье растений должны отслеживаться во времени. Как правило, управление и контроль осуществляются с использованием стандартных устройств управления и датчиков. Проблемы, возникающие при мониторинге развивающихся систем, должны быть решены. Расширенные средства управления (например, нелинейное робастное управление, адаптивное управление и т.д.) являются идеальными решениями при проектировании автономной системы, работающей в неизвестной и меняющейся обстановке. Однако компьютеры в космосе очень ограничены в вычислительных мощностях, касательно анализа всех данных в режиме реального времени и совмещении всех управляющих сигналов.

3.2 Ловкое концевое устройство манипулятора (ALSARM).

Нужен также робот-манипулятор с тремя степенями свободы, который управляется автоматически. Робот должен иметь рабочее устройство манипулятора, способное собирать образцы. Рабочее устройство требуется для захвата, вырезки и передвижения растений. Для достижения этих целей, рабочее устройство будет использовать четыре двигателя, управляющих тангажом, рысканием и передвижением с захватом. Срезание 3образца растения происходит пассивными движениями. [5] [6]

Одной из задач концевого устройства манипулятора является сбор плодов. Это
заставило Космический институт Флориды учесть изменяемое устройство. Конструкция с использованием конуса и адаптера является наилучшей для лёгкой замены. Конус каждого рабочего устройства будет совместим с единственным адаптером у манипулятора.

 

3.3 Манипулятор

Автоматический манипулятор имеет две телескопические руки, вертикальную и горизонтальную, и один вращательный механизм. Концевое устройство продолжает собой горизонтальную телескопическую руку манипулятора. Концевое устройство предполагается монтировать в конце самой руки. Устройство, которое соединяется с телескопической трубкой будет способно извлекать необходимое из камеры.

3.4 Система наблюдения за камерой производства биомассы

Этот механизм должен работать в камере производства биомассы. Эта камера представляет собой закрытую среду для роста саженцев и рециркуляции кислорода. Она состоит из двух растительных камер. Камера должна быть герметичной настолько, чтобы не терять водяной пар и воздух, и иметь круговорот воды. Учёные в этой программе хотят избавиться от участия человека, получить наименьшие скорости утечки воздуха и водяного пара, а также проводить системные измерения внутри камеры. Датчики, установленные на концевое устройство будут способны измерять температуру, инфракрасные температурные характеристики, относительную влажность, скорость движения воздуха и интенсивность света. Уже запрограммирован компьютер, способный принимать эти измерения с сотни различных точек в камере. Еще одним дополнением к конструкции будет смотровое устройство для ручного управления. Созданы различные конструкции концевого устройства. [8] [9]

3.5 Автоматическое управление для системы сбора урожая

Преодолев два основных препятствия, предложенная система контроля сможет выполнять следующие технические задачи:

Надёжность в изменяющейся неопределённой среде: Система способна определять внешние помехи и условия эксплуатации с использованием стандартных датчиков и собственной вычислительной мощности, чего можно достичь с использованием современных нелинейных алгоритмов робастного управления. И система управления должна также быть устойчивой, чтобы все неопределенности в пределах её возможностей могли быть скомпенсированы.

Отказоустойчивость: При автоматическом обнаружении выхода из строя какой-либо части, система управления должна поддерживать свою функциональность за счёт использования резервных средств. Что еще более важно, в том случае, если резерва нет, система управления должна быть способна автоматически адаптироваться и достигать максимальной производительности.

Автономная самореконфигурация: Надежная идентификация/управление должны подключаться таким образом, чтобы система была способна самозапускаться, определяя необходимость этого через наблюдение за средой в установке, самонастравиваться, саморазворачиваться и саморегулироваться с помощью логических последовательностей. При обнаружении неисправности, надежный оценочный модуль обеспечит нужную информацию для управления перенастройкой после отключения связи с неисправными датчиками.

Логика: рассуждения на основе модельных ситуаций будут составной частью наблюдения, оценки состояния и восстановления.

Таким образом, предлагаемая интеллектуальная система управления позволит снизить затраты, повысить надёжность и усилить безопасность, так что камера производства биомассы может управляться в значительно меняющейся среде. Блок-схема системы управления, рассмотренной в данном проекте показана на рисунке 2. Система в основном состоит из множества исполнительных механизмов, которые управляют автоматическими системами в камере. Переменные величины системы (или состояния) контролируются с помощью датчиков. Измеренные сигналы будут проходить через оптимальные фильтры (такие как обычный фильтр Калмана). Предложенная конфигурация управления в режиме реального времени учитывает уже известные доступные инструменты. В частности, оптимальная фильтрация, нелинейная и точная оценка, нелинейное обнаружение неисправностей, нелинейное управление обучением и экспертный модуль объединены так, что они дополняют друг друга. Анализ и проектирование будет проводиться с использованием теории нелинейных систем, прямого метода Ляпунова, с помощью оценки и обучения, а также эвристических алгоритмов искусственного интеллекта.

3.6 Отличительные особенности

Предлагаемая логическая система управления имеет иерархическую структуру и состоит из следующих слоев / компонентов:

1) Местное управление на уровне процесса / компонента (нижний и местный уровни).

2) Дискретный мониторинг и контроль восстановления неисправностей (промежуточный и местный уровни).

3) Устройство индивидуальной оценки и наблюдения (промежуточный и местный уровни).

4) Нелинейное управление обучением (промежуточный и областной уровни).

5) Рассуждения на основе моделей для интеллектуального управления (верхний и наивысший уровни).

Комната производства биомассы в Космическом центре НАСА имени Кеннеди эксплуатировалась на почти непрерывной основе в течение ряда лет, предоставляя исходные данные для использования растений в закрытых системах жизнеобеспечения в космосе. Всего урожайность биомассы различных культур (пшеница, соя, салат и картофель) сильно зависела от общего освещения растений и в целом была близка к значениям, ожидаемым на основе университетских исследований и предварительных 4испытаний камеры. Тем не менее, плодовитость и отношение съедобной массы ко всей биомассе соответствовали ожидаемым значениям.

На основе анализа этой системы закрытого роста стало ясно, что хорошо развитая автоматическая автономная система производства биомассы может эффективно сократить затраты времени экипажа и повысить урожайность при наличии согласованного процесса улучшения производства сельскохозяйственных культур.

 

 

 

  1. Перевозка и хранение

4.1 Перевозка

Перевозка собранных плодов в хранилища является заключительным этапом, а также является важной задачей для автономной системы сбора. Транспортная система должна состоять из привода, двигающего конвейерную ленту. Электрическая двигательная система имеет больше преимуществ по сравнению с пневматической и гидравлической из-за низкого давления и меньшей гравитации в рассматриваемых условиях. Механическая рука будет собирать плоды и отправлять их на транспортную систему, которая будет переносить плоды к хранилищу.

4.2 Контроль качества

Задача такой системы — обнаруживать поврежденные или больные плоды, способные вызвать проблемы со здоровьем космонавтов. Система контроля должна постоянно работать на транспортной системе, и быть способной обнаружить изъян до того, как плод отправится на хранение.

4.3 Сортировка и упаковка

Сортировочный механизм должен быть создан для сортировки сортов плодов. Это может быть полезно для космонавтов, чтобы легко находить нужные плоды. Механизм упаковки должен быть включен до хранения и должен упаковывать собранные плоды. Упаковка сохранит плод дольше.

4.4 Хранение и инвентаризация

Обычно требуется искусственная система охлаждения для сохранения плодов, но можно 5использовать и природную среду Марса в качестве холодильника. С использованием природной среды Марса и блока управления температурой можно было бы поддерживать температуру системы хранения.

Система инвентаризации будет учтена в системе хранения, которая будет сохранять запасы. Эта система может быть автоматизирована. Если запасено меньше, чем возможно, то даётся сигнал следующей последовательности сбора.

 

 

  1. Общая стратегия контроля состояния

5.1 Температура

Пенополиуретановые стены будут отвечать за теплообмен. Для циркуляции воздуха требуется две 125 Вт и две 150 Вт воздуходувки. Эта мощность выбрана исходя из предполагаемой площади стеллажей с растениями в 246 м². Система обеспечит от 3 до 4 воздухообменов в минуту, со скоростью воздуха в диапазоне от 0,1 до 1,0 м / с. Отвод тепла и влаги будет выполняться с помощью трубок с холодной водой, расположенных на выходах воздуходувных установок. Конденсат на трубках поможет контролировать скорость испарения в камере. Распыление воды непосредственно в потоке воздуха обеспечит дополнительное увлажнение. Система фильтрации вредных примесей будет состоять из электростатических осадителей, удаляющих мелкие примеси, а также из фильтров грубой очистки, удаляющих крупный мусор, чтобы предотвратить загрязнение воздуходувок.

5.2 Влажность воздуха

Влажность воздуха в камере с биомассой на Марсе необходимо контролировать, она будет отслеживаться с помощью датчика влажности, который при подключении к цепи обеспечит постоянную подачу сигнала. Такие датчики содержат термочувтсвительные полимеры, которые взаимодействуют с платиновыми электродами и позволяют отслеживать 5% изменение относительной влажности на постоянной основе. Датчик будет расположен на потолке камеры, и будет работать при температурах от 233,15 до 358,15 К.

5.3 Давление

Давление будет измеряться и контролироваться с помощью датчика давления с напылёнными тонкими плёнками, который способен работать даже в экстремальных условиях. Рекомендуется высокотемпературный датчик давления Entran EXPT. Он имеет рабочий диапазон от 328,15 K до 523,15 K, и диапазон измерений изменяется от 233,15 до 423,15 K. Датчики давления будут помещены в конце вентиляционных отверстий, регистрирующих скорость движения воздуха. Если скорость воздуха совпадает с требуемой скоростью, то никакая очистка не требуется.

5.4 Свет

Для того, чтобы растения получали солнечный свет, наилучшим путём является аэрогелевое круглое окно сверху камеры, это наилучший путь из-за его массы и экономии мощности, позволяющий пропускать максимум света с длиной волны 400-700 нм и из-за способности выдерживать количество ультрафиолетового излучения на Марсе вместе с другими параметрами среды, рассмотренными выше. Кроме того, для обеспечения надлежащей жизни растений, будет подключено искусственное освещение в виде 400-ваттных натриевых ламп высокого давления (6 штук на всей площади), которые дают фотосинтетический средний поток фотонов величиной 1500 микромоль/(м²*с) при работе на полной мощности. Лампы могут управляться затемняющей нагрузкой, которая позволяет дать различную освещенность для каждой области с растениями, и которая может контролироваться системой сбора данных и управления комнатой. Урожай будет отделен от ламп пластиковым барьером из поликарбоната. Поскольку натриевые лампы находятся под давлением, возникает беспокойство при из-за за возможности, что они подвергнутся воздействию вакуума в грузовом отсеке. Вот почему будут точно использоваться и светодиодные лампы, не находящиеся под давлением и способные произвести необходимый свет для роста. Светодиоды выделяют меньше тепла, и они полезны для более длительных миссий, в отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп. [5]

5.5 Атмосфера в камере

Для поддержания эффективного роста, а также переработки растительных отходов, должен контролироваться уровень атмосферных газов (кислорода и двуокиси углерода). Поэтому нужна система, добывающая кислород по необходимости, отфильтровывающая диоксид углерода и заменяющая или удаляющая азот. Получение кислорода возможно от двух источников. Первый – фотосинтез, побочным продуктом которого является кислород, растения производят определённое количество кислорода и экипаж использует часть, избыток газа может быть отделён с использованием сепаратора и сохранён для использования в будущем. Вторым источником является получение атомарного кислорода из газов в атмосфере Марса. Это называется системой регенерации кислорода, в которой извлекается, сжимается CO₂ и извлекается кислород. CO₂, поступающий к регенерации из атмосферы Марса через систему сбора и сжатия будет подвергаться электролизу при очень высокой температуре (750 ° С), в результате чего ионы кислорода, выделившиеся из углекислого газа будут фильтроваться через кристаллы двуокиси циркония. О₂ будет затем закачивается в цилиндрический резервуар, используемый как блок хранения. Устройство хранения будет иметь датчики давления, чтобы сообщать компьютеру, заполнен ли резервуар. Если заполнен, то компьютер проверяет хранилище и, если нет поломок, кислород далее закачивается в другое. Растения будут использовать CO₂, который тоже нужно будет иногда пополнять. Возможно использовать простой датчик углекислого газа. После того, как закачано достаточно СО₂, включаются два вентиляционных отверстия по бокам от «баллона» с CO₂ по сигналу компьютера и распыляют этот газ равномерно по всему объёму камеры. [11]

5.6 Вентиляция

Движущийся воздух будет рассеивать тепло, вырабатываемое системами освещения. Температура поверхностей полагалась равной 400K, а температура потока воздуха равной 293 К. Число Нуссельта оценивали для скоростей в диапазоне от 0.1 м/с до 5.00 м/с. После расчетов была найдена прямая корреляция между средним коэффициентом конвекции и скоростью. Зная тепло, вырабатываемое лампами, можно рассчитать средний коэффициент конвекции, что в результате даёт приблизительную необходимую скорость 3,3 м / с. Четыре отверстия, расположенные на 4-х участках верхней части камеры будут иметь важное значение. Между двумя из них будет находиться система перекачки СО2. Вдоль потолка будут проходить воздуховоды, начинающиеся с основного насоса вовне камеры и заканчивающиеся на каждом из вентиляционных отверстий. В какой-то момент вентиляционное отверстие будет разделяться на четыре канала, которые будут двигаться вдоль внутренней части купола в по кругу. Системы давления определят, сколько воздуха проходит через каналы.

5.7 Наблюдение за ростом

Введение концепции наблюдения за состоянием здоровья в существующие автоматизированные системы контроля и управления даст алгоритмическую систему контроля и дачи команд, действующую в реальном времени, способную контролировать
и наблюдать за переходными процессами и динамическими параметрами испытываемой конструкции. Текущие возможности испытаний не позволяют отслеживать динамическое поведение испытываемой конструкции в режиме реального времени. Аномальные динамические свойства
указывают на работу системы за пределами её возможностей. Они могут быть предвестниками надвигающейся поломки. Эта особенность добавляет новое измерение в существующие технологии тестового контроля, эта особенность значительно повысит точность оценки состояния системы, что, в свою очередь, повысит надёжность тестов и процессов оценки в сравнении с используемыми в настоящее время. Это ускорит диагностику до нескольких секунд, а не минут / часов, таким образом значительно упрощая обнаружение неисправностей и общую диагностику. Система будет периодически получать изображения растущей растительности. Применяя некоторые алгоритмы обработки изображений, мы можем приблизительно знать размер растения, длину корней, и цветовые гистограммы растительности. При периодическом контроле размера, скорость роста может быть вычислена как в корне, так и в стебле. Мы можем также обнаруживать некоторые особенности растений, вроде болезней, путём сравнения цвета гистограммы со стандартной гистограммой или моделью. [12]

Целевые параметры и общая схема управления верхнего уровня показаны на рисунке.

6

7

 

  1. Заключение:

Инновационная структура управления обеспечивает самостоятельную работу автоматической системы в камере производства биомассы. Автономная система уборки урожая и методы управления обеспечивают равновесие между сложностью устройства и его управляемостью. Автоматическая система сбора урожая с камерой биомассы будут являться многозадачным автоматическим блоком, который будет собирать плоды, измерять температуру, относительную влажность, скорость движения воздуха и интенсивность света вместе с управлением и техобслуживанием. Этот механизм исключает вмешательство человека в камеру с биомассой, избегая загрязнения и рассеяния инородных элементов, что позволяет выполнять последовательность процедур внутри камеры. Более того, механизм может уменьшить у экипажа психологическую нагрузку из-за выращивания и сбора плодов. Изучение такого механизма улучшает наше понимание требований к поддержанию жизни в тесных испытательных помещениях и даёт основу для такого поддержания в космической технике (т.е. на МКС, Марсе, и т.д.).

 

C. Ham, R. Johnson at alias

 

Список использованных источников:

[1]Hoffman, S. J., and Kaplan, D. L. (1997) “Human Exploration of Mars: The Reference Mission of the NASA Mars Exploration Study Team,” Exploration Office, National Aeronautics and Space Administration, Lyndon B. Johnson Space Center, Houston, Texas, July, 1997. This is version 1.0. This document may be found on the Internet at:http://exploration.jsc.nasa.gov/explore/explore.htm

[2] Drysdale, A. E., Maxwell, S., Hanford, A. J., Ewert, M. K., (1999) Advanced Life Support Systems Modeling and Analysis Reference Missions Document. CTSD-ADV- 383, JSC-39502

[3] J. Appelbaum, G.A. Landis and I. Sherman. “Solar Energy on Mars: Stationary Collectors” Journal of Propulsion and Power, Vol. 11 No. 3, pp. 554-561. Available as NASA TM-106321.1993.

[4] Boynton William. Mars Mercator Map of Neutron Levels. Mars Odyssey Probe. University of Arizona. 2002

[5] Building Technologies Program. Lighting Systems. Advanced Lighting Systems. 1994 AnnualReport. http://eande.lbl.gov/BTP/pub/annrep94/Lsals.html

[6]Drysdale, A. E., Thomas, M. M., Fresa, M. C., and Wheeler, R. M. (1992). OCAM — A CELSS Modeling Tool: Description and Results. SAE Technical Paper 921241. Presented at the 22nd ICES

[7] Drysdale, A. E. and Grysikiewicz, M. (1996). MDSS-KSC Life Sciences Project Annual Report for 1995.

[8] Drysdale, A. E. and Hanford, A. J. (1999). ALS SMAP Baseline Values and Assumptions Document. JSC 39317. 6/18/99

[9] Dave Desrochers, Zhihua Qu, and Apiwat Saengdeejing, «OCR Readability Study and Algorithms for Testing Partially Damaged Characters,» 2001 International Symposium on Intelligent Multimedia, Video & Speech Processing, Hong Kong, May 2 — 4, 2001.

[10] Apiwat Saengdeejing, Zhihua Qu and David Huibregtse, «Robust OCR System for Reading Optically Partially Damaged Characters,» The 13th International Conference on Computer Applications in Industry and Engineering (CAINE-2000), pp.128-131, Honolulu, Hawaii, November 2000.

[11] Z.Qu, Robust Control of Nonlinear Uncertain Systems, John Wiley & Sons, Interscience Division, 1998.

[12] B.C.Williams, «Model-based autonomous systems in the new millennium,» Proceedings of AIPS-96, 1996