автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Оптимизация системы освещения растений для конвейерной цилиндрической салатной оранжереи как компонента СЖО пилотируемого космического корабля

СОДЕРЖАНИЕ

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Гл.1. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ И СВЕТОВОГО РЕЖИМА НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ САЛАТНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ОРАНЖЕРЕИ

1.1 Влияние интенсивности фотосинтетически активной радиации и концентрации СОг на продуктивность посева и длительность товарной вегетации.

1.2. Основные подходы к моделированию фотосинтеза посева. Зависимость продуктивности от листового индекса посева.

1.3. Зависимость продуктивности посева растений от спектральных характеристик излучения.

1.3.1 Основные требования к спектральному составу излучения источников света, применяемых в светокультуре растений

1.3.2. Характеристики современных светоизлучающих диодов

1.3.3 Конструкции светильников на основе светоизлучающих диодов для космических оранжерей.

1.3.4. Результаты вегетационных опытов с использованием светодиодных светильников.

1.4. Влияние пространственной организации светового поля на продуктивность посева растений

ГЛ.2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ САМОРАЗДВИГАЮЩИХСЯ ПОСЕВОВ РАСТЕНИЙ НА ВЫПУКЛЫХ ПОСАДОЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

2.1. Задача моделирования уделлыюй продуктивности космической оранжереи и оптимизации эффективности ее работы за счёт характеристик системы освещения

2.2. Модель фотосинтетической продуктивности зеленных растений в конвейерной цилиндрической оранжерее.

2.3. Исследование распределения площади фотосинтезирующих листьев по объему посева

2.4. Моделирование распределения света в посевах зеленных растений.

2.5. Исследование фотосинтетической активности листьев в различных ярусах посева

2.6. Особенности моделирования конвейерного цилиндрического посева и идентификация параметров математической модели.

ГЛ.З. РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ НА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДАХ ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ КОНВЕЙЕРНОЙ САЛАТНОЙ ОРАНЖЕРЕИ

3.1. Оценка влияния эффекта самораздвижения растений на цилиндрической посадочной поверхности на продуктивность конвейерного посева.

3.2. Оптимизация параметров системы освещения с использованием разработанной модели.

3.3. Описание конструкции опытных образцов конвейерных цилиндрических салатных оранжерей "Фитоцикл-СД" и "Фитоконвейер" с разработанной системой освещения

3.4. Испытания разработанной системы освещения. Результаты вегетационных опытов по выращиванию салатных культур в цилиндрических оранжереях со светильниками на светодиодах.

Идея обеспечения жизнедеятельности людей в дальних космических экспедициях с помощью вегетирующих растений разрабатывалась ещё в начале прошлого столетия основоположниками отечественной космонавтики К.Э. Циолковским (1906) и А.Ф. Цандером. (1928) и продолжает оставаться актуальной в настоящее время. С появлением орбитальных станций «Салют» и «Мир» ее развитие получило новый импульс. На борту орбитальных станций стали систематически проводиться эксперименты с растениями.

В 2004 г. США, Россия и ряд других космических держав объявили о своих намерениях осуществить в ближайшем будущем экспедицию на Марс. Тем самым специалисты многих стран перешли от разработки концепций подготовки дальних космических экспедиций и постоянно действующих планетных баз к решению конкретных технических задач и разработке аппаратуры. Много усилий направляется, в частности, на создание биологической компоненты СЖО, основной и неотъемлемой частью которой является звено высших растений. Растения в составе СЖО могут выполнять такие функции как: улучшение рациона питания экипажа, регенерация атмосферы, регенерация воды, утилизация некоторых отходов, психологическая поддержка экипажа. К настоящему времени разработаны и успешно испытаны в космосе десятки образцов вегетационной аппаратуры, применяемой в исследовательских целях (Berkovich, 1996; Scarascia-Mugnozza and Schettini, 2002; Berkovich et al., 2005). Многочисленные эксперименты по выращиванию растений в условиях космического полета позволили сформулировать комплекс требований, предъявляемых к среде обитания растений в космических оранжереях (КО). Практически все известные в настоящее время конструкции КО создавались не с целью обеспечения высокой производительности съедобной биомассы и внесения вклада в пищевой рацион космонавтов, а для проведения научных экспериментов с растениями в хорошо контролируемой среде обитания в условиях космического полёта. Между тем, к производственным космическим оранжереям, предназначенным для производства растительной пищи в составе СЖО, предъявляется ряд дополнительных требований. Производственные КО на борту пилотируемого космического аппарата обязаны постоянно находиться в рабочем состоянии, следовательно, они должны удовлетворят! жёстким ограничениям, предъявляемым к любой подсистеме СЖО. В частности, должны быть минимизированы как потребляемые бортовые ресурсы, такие как масса оборудования, занимаемый объем, мощность энергопотребления, водопотребление, трудозатраты на обслуживание и др., так и выделяемые оранжереей потоки тепла, влаги и отходы. На современном этапе при подготовке к длительным межпланетным экспедициям стала актуальной задача оптимизации конструкции производственной космической оранжереи с целью получения требуемого урожая полезной биомассы при минимальном расходе бортовых ресурсов космической станции. Поскольку единственным пилотируемым космическим аппаратом длительного действия в настоящее время является Международная космическая станция, отработка конструкции перспективных производственных оранжерей для СЖО экипажей должна производится в первую очередь на ней. Однако, до полётных испытаний предстояло выполнить большой объём наземных исследований.

Рассматривая пути экономии таких ресурсов как объем и энергия, разработчики оранжерей довольно давно пришли к идее раздвижения посева по мере роста растений как средства более эффективного использования падающего на растения светового потока (Чучкин, 1967). Предлагался ряд способов раздвижения посева, которые, однако, оказались технически сложными и трудоемкими. В качестве перспективной идеи, позволяющей создать экономичную производственную космическую оранжерею, в ИМБП был предложен способ посадки и выращивания посевов на выпуклых криволинейных поверхностях с использованием внешнего по отношению к посевам и концентрически расположенного светильника такой же формы, что и посадочная поверхность. Как показали опыты по выращиванию растений на советских космических станциях, при отсутствии силы тяжести побеги стеблевых растений в посеве ориентируются вдоль нормалей к посадочной поверхности за счет фототропических реакций (Машинский и др., 1988; Ivanova et al., 1992; Berkovich et al, 1997c). Это позволяет сформировать в условиях невесомости принципиально новую самораздвигающуюся структуру посева на криволинейных посадочных поверхностях. Направления стеблей растений в таких посевах являются расходящимися, т.е. расстояния между верхушками растений по мере их роста увеличиваются. В таких посевах, уменьшается взаимное затенение листьев и улучшается светораспределение внутри растительного слоя. Принимая во внимание этот эффект, был предложен ряд принципиально новых компоновок оранжерей для условий микрогравитации сферической посадочной поверхностью (Беркович и др., 19796; Беркович и др., 1982а; Беркович и др., 19826), цилиндрической (Беркович и др., 1979а; Беркович и Павловский, 1997) и тороидальной (Беркович и др., 1990). Были созданы наземные экспериментальные образцы оранжерей с цилиндрической посадочной поверхностью и вегетационной камерой в виде спирального цилиндра. В наземных опытах была отработана технология выращивания листовых салатных культур в этих оранжереях. (Berkovich et al., 1997; Berkovich et al., 2000; Berkovich et al., 2001; Berkovich et al., 2003; Berkovich et al., 2004a; Berkovich et al., 2004b).).

В 2001 г. в результате анализа ресурсов на борту Российского сегмента МКС, проведенного в отделе СЖО РКК "Энергия", была подтверждена возможность размещения производственной салатной оранжереи на борту МКС и определено, что мощность выделяемого на нее энергопотребления, в ближайшие годы сможет составлять величину не более 0,25 кВт. С учетом этой оценки в 2002 г. в рамках финансируемого Международным научно-техническим центром (МНТЦ) Проекта №2137 была поставлена задача создания прототипа конвейерной производственной салатной космической оранжереи "Фитоконвейер" с приемлемым на сегодня для Российского сегмента МКС энергопотреблением в 0,25 кВт, при котором поминальная производительность салатной зелени составила бы не менее 40 грамм съедобной салатной биомассы в сутки. В качестве необходимого этапа отработки технологии выращивания растений на МКС запланирован эксперимент с космической конвейерной оранжереей "Витацикл Т", включённый в "Долгосрочную программу научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на Российском сегменте МКС" (версия 1999 года).

При разработке прототипа полетной цилиндрической оранжереи и возникли задачи, решение которых легло в основу данной работы. Необходимо было оптимизировать конструкцию вегетационной установки по критерию максимума производительности, отнесенной к основным затраченным ресурсам: электроэнергии, объёму и времени вегетации, а также обосновать научные рекомендации по выбору режима освещения для посевов растений в вегетационных установках с учетом появления новых источников света для светокультуры растений - светоизлучающих диодов. Известно, что основным потребителем электроэнергии в оранжереях является система освещения растений. На ее долю обычно приходится до 60-70% всего энергопотребления (Clawson et al., 1999, Cuello et al., 2001, Morrow et al, 2005) .Вследствие этого, эффективность работы производственной космической оранжереи в значительной степени определяется техническими характеристиками её светильника, что и делает актуальной работу по оптимизации его характеристик в условиях жесткого ограничения по энергопотреблению.

Интенсивные исследования и разработки по применению светоизлучающих диодов (СД) высокой интенсивности в светокультуре растений ведутся с начала 1990-х годов в ряде лабораторий мира. Основные преимущества этих полупроводниковых генераторов света состоит в следующем:

• повышенная безопасность вследствие отсутствия деталей из стекла и узлов, работающих при высокой температуре;

• большая светоотдача ( ППФ до 1000 мкмоль м-2-с-1 и выше);

• отсутствие в спектре излучения инфракрасной составляющей;

• относительно малые объем и масса;

• возможность плавной регулировки яркости от 0 до максимального значения, при этом каждая спектральная составляющая может регулироваться отдельно;

• высокий ресурс работы при незначительной деградации;

• высокая световая эффективность,

• механическая прочность.

Перечисленные свойства СД делает их весьма перспективными для применения в космических оранжереях. Вследствие этого в прототипе космической конвейерной производственной оранжереи впервые для российских разработок предложено использовать светильник на основе светоизлучающих диодов.

Другой задачей работы являлась расчетная и экспериментальная оценки в наземных условиях производительности и эффективности вегетационной установки с конвейерным самораздвигающимся посевом пекинской капусты. Биологическая продуктивность посева определяется интенсивностью процессов фотосинтеза и дыхания растений. Одним из основных факторов, влияющих на интенсивность фотосинтеза посевов зеленных растений, является световой режим. Установление количественной зависимости продуктивности посева от характеристик светового поля, создаваемого светильником для освещения посева в ростовой камере, дает возможность наиболее полно интерпретировать результаты проводимых вегетационных опытов с растениями, а также позволяет в ряде случаев предсказать, как скажется изменение параметров установки на продуктивности посева. Наличие таких данных позволяет также оптимизировать конструкцию вегетационной камеры и светильника.

Нам также представлялось важным провести углублённый количественный анализ различий между самораздвигающимися посевами на выпуклых посадочных поверхностях и традиционными плоскими посевами и оценить потенциальные преимущества, которые может дать эффект самораздвижения в повышении удельной продуктивности оранжереи.

Для решения указанных задач была разработана компьютерная модель продуктивности посевов, выращиваемых на выпуклых посадочных поверхностях и реализующая ее программа в среде программирования МАТЬАВ v. 6.5.

Компьютерная модель была использована при разработке прототипов вегетационных установок с самораздвигающимися посевами и светильниками на основе светоизлучающих диодов: «Фитоцикл СД» и «Фитоконвейер», моделирования их потенциальной продуктивности и анализа их эффективности.

Были проведены многочисленные опыты по выращиванию посевов Пекинской капусты в установке «Фитоцикл СД». Данные вегетационных опытов совместно с расчетами позволяют сделать вывод о высокой эффективности полетного прототипа вегетационного комплекса «Фитоконвейер». Таким образом, работы по теме данной диссертации явились новым и необходимым этапом разработки производственной космической оранжереи для СЖО космических экипажей.

Цель исследования: разработка методики оптимизации системы освещения растений для конвейерной цилиндрической салатной оранжереи как компонента СЖО пилотируемых космических кораблей и оптимизация режимов освещения прототипов космических оранжерей «Фитоцикл СД» и «Фитоконвейер».

Основные задачи, которые были поставлены и решены для достижения указанной цели:

1. Анализ характеристик искусственных источников света и их влияния на рост и развитие растений; обоснование выбора источников света для конвейерной цилиндрической салатной космической оранжереи.

2. Разработка математической модели продукционного процесса в самораздвигающихся посевах на выпуклой цилиндрической посадочной поверхности и создание на ее основе компьютерной программы, позволяющей моделировать результаты вегетационных опытов и оптимизировать конструкцию и режим работы блока освещения.

3. Разработка блоков освещения на светодиодах для прототипов цилиндрических космических оранжерей «Фитоцикл СД» и «Фитоконвейер» и оптимизация светового режима конвейерной цилиндрической салатной космической оранжереи с использованием разработанной модели.

4. Апробация разработанных светодиодных светильников в вегетационных экспериментах в наземных прототипах конвейерной цилиндрической салатной космической оранжереи.

Методы исследований

Разработка модели продукционного процесса в самораздвигающихся посевах на выпуклой цилиндрической посадочной поверхности основывалась на данных теории фотосинтетической продуктивности растений и на результатах вегетационных опытов, проведенных в нашей лаборатории ранее, а также выполненных автором в процессе диссертационной работы. Все параметры модели были либо получены из непосредственных измерений, либо определены путем аппроксимации экспериментальных данных. Результаты моделирования также были многократно проверены путем измерений в опытах с растениями. При выполнении работы было проведено около 20 вегетаций пекинской капусты общей продолжительностью 500 дней. Конструктивные решения отрабатывались экспериментально на физических лабораторных моделях.

Научная новизна работы: впервые разработана математическая модель продукционного процесса для конвейерных самораздвигающихся посевов растений на выпуклой цилиндрической посадочной поверхности ; впервые разработаны и успешно испытаны 2 модели цилиндрического светильника на основе светодиодов для конвейерных цилиндрических салатных оранжерей "Фитоцикл СД" и "Фитоконвейер"; впервые обоснованы оптимальные параметры системы освещения для прототипа конвейерной цилиндрической салатной космической оранжереи ; впервые найдены количественные оценки влияния концентрации светового потока и самораздвижения растений на цилиндрической посадочной поверхности на продуктивность посева и удельную его продуктивность на затраченные для выращивания ресурсы; впервые получены экспериментальные данные о влиянии параметров светового режима на удельную продуктивность конвейерной цилиндрической оранжереи «Фитоцикл СД».

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. модель фотосинтетической продуктивности самораздвигающихся посевов зеленных растений в конвейерной цилиндрической оранжерее. На основе модели создана методика оптимизации светового режима в оранжереях такого типа с учетом ограничений на потребляемые ресурсы и производительность установки

2. реализация модели в виде комплекса компьютерных программ в операционной среде МАТЬАВ 6.5. позволяющего рассчитывать зависимости абсолютной к удельной продуктивности оранжереи от конструктивных параметров и режимов

2 I культивирования в области интенсивностей освещения от 90 до 350 мкмоль м- -с- .

3. оптимизация светового режима для прототипа конвейерной цилиндрической салатной космической оранжереи «Фитоконвейер».

4. рекомендации для проектирования блока освещения аппаратуры «Витацикл Т» для проведения одноименного космического эксперимента на Российском сегменте МКС.

5. количественная оценка повышения абсолютной и удельной продуктивности за счет фактора самораздвижения растений на выпуклой цилиндрической посадочной поверхности.

Практическая значимость работы заключается в следующем.

Компьютерная программа, созданная на основе математической модели фотопродуктивности посевов, позволила сократилть в 6-7 раз число предварительных вегетационных опытов для оптимизации конструкции и режима работы оранжереи.

Созданы блоки освещения для наземных прототипов конвейерных оранжерей «Фитоцикл СД» и «Фитоконвейер», использующихся при выполнении НИР лаборатории.

Получены оценки влияния самораздвижения растений на цилиндрической посадочной поверхности на продуктивность и удельную продуктивность посева, которые позволили получить исходные данные для конструкции системы освещения в установке "Витацикл-Т"; техническое задание на проведения космического эксперимента с этой установкой включено в "Долгосрочную программу научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на Российском сегменте Международной космической станции" и согласовано с представителями РКК "Энергия".

Апробация работы. Результаты и положения, изложенные в диссертации докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях :

1. Presentation 2005-01-2842 at The 35th International Conference on Environmental Systems and 8th European Symposium on Space Environmental Control Systems, Rome, Italy. 11-14 July 2005.

2. Presentation 2004-01-2434 at The 34th International Conference on Environmental Systems, Colorado Springs, USA. 19-22 July 2004.

3. Presentation F4.2-0007-04 at The 35th COSPAR Scientific Assembly, Paris, France. 18-25 July 2004.

4. Доклад на конференции «Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям», Москва, 3-5 ноября 2003 г.

5. Доклад на Четвертом Международном Аэрокосмическом Конгрессе, Москва, 1823 августа 2003 г.

6. Доклад на Международной конференции «Системы и технологии будущего изучения и освоения космического пространства», Москва, 9-11 июня 2003 г.

7. Доклад на 12-ой Всероссийской школе «Экология и почвы», Пущино, 2003 г.

Публикации. Результаты и положения диссертации изложены в 4 статьях и одной монографии.

Реализация полученных результатов. Результаты работы внедрены в ГНЦ РФ -ИМБП РАН и НИИ Импульсной техники Минатома РФ при создании конструкций экспериментальных образцов конвейерных оранжерей "ФИТАЦИКЛ-СД" и "ФИТОКОНВЕЙЕР" в рамках Проекта №2137 Международного научно-технического центра, а также в ФГУП НИИ Космического приборостроения Роскосмоса при разработке Технического задания на аппаратуру для космического эксперимента "ВИТАЦИКЛ-Т" на российском сегменте МКС.

Объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, основных результатов и выводов, приложения и содержит 115 стр., включает 16 таблиц, 44 рисунков; список литературы включает 63 наименований.

Выводы:

1. Оптимальный режим освещения для цилиндрической конвейерной оранжереи с посевом салатных растений по критерию максимума удельной продуктивности зависит от выделенных на оранжерею бортовых ресурсов и требуемой производительности. Для проектируемой космической оранжереи «Витацикл-Т» для российского сегмента МКС может быть рекомендовано круглосуточное освещение с интенсивностью 300-350 мкмоль-м-2-с-1 при продолжительности товарной вегетации 24-25 дней.

2. Для оснащения светильника вегетационной камеры цилиндрической формы оптимально использовать светоизлучающие диоды углом излучения от 50° до 90°. При этом создается максимально высокая освещенность в объеме вегетационной камеры.

3. Повышение продуктивности посевов растений за счет концентрации светового потока в конвейерной салатной оранжерее цилиндрической компоновки, а также за счёт самораздвижения растений на выпуклой цилиндрической посадочной поверхности, составляет до 30%.

4. Экспериментально подтверждено, что излучение светодиодов, состоящее из двух спектральных компонент - основной красной с максимумом в области длин волн 650-670 нм и дополнительной коротковолновой с длиной волны 460480 нм в количестве около 10% позволяет выращивать здоровые растения пекинской капусты с полноценной по биохимическому составу биомассой.

Список цитироваиных литературных источников

1. Беркович Ю.А., Кривобок Н.М., Смолянина С.О., Ерохин А.Н. Космические оранжереи: настоящее и будущее. М. ООО Фирма «Слово», 2005 . 367 с.

2. Беркович Ю.А. Разработка и оптимизация проектных параметров космических оранжерей. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Москва, 2000.

3. Беркович Ю.А., Корбут B.J1., Павловский В.И. Оранжереи с криволинейной посадочной поверхностью. Космическая и авиакосмическая медицина, 1985, № 6, стр. 77-80.

4. Васильев A.A., Теоретическая биология, МФТИ (ГУ), Москва, 2002.

5. Генкель П.А. Физиология растений, Москва, «Просвещение», 1975.

6. Гудриаан Дж. Моделирование роста и продуктивности сельскохозяйственных культур. Сб. под ред. Пеннинга де Фриза Ф.В.Т. и Ван JIaapa Х.Х. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1986 г.

7. Ерохин А.Н., Беркович Ю.А. Анализ характеристик салатной космической оранжереи с блоком освещения на светоизлучающих диодах. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005, т.39, № 1, стр. 36 - 43.

8. Менькин Е.В., Анализ эффективности технологий и синтез технологической структуры СЖО экипажей космических летательных аппаратов. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н, Москва, 1999

9. Меркис А.И. Сила тяжести в процессах роста растений. М. "Наука". 1990,185 с.

10. Мокроносов А.Т. Онтогенетический аспект фотосинтеза. «Наука», Москва, 1981,. 196 с.

11. Полевой В.В. Физиология растений, М., "Высшая школа", 1989.

12. Росс Ю. К. Радиационный режим и архитектоника растительного покрова. Л., 1975.

13. Смирнов H.A. (ред) Справочник бригадира-овощевода защищенного грунта. М., 1980.

14. Тимирязев К.А. Жизнь растений. 1878.

15. ТихомировА.А. Фотобиофизика, Красноярск, 2002.

16. Тихомиров A.A., Шарупич П.В., Лисовский Г.М., Светокультура растений, Издательство СО РАН, Новосибирск, 2000.

П.Трофимов Ю.В. Светодиодная элементная база - некоторые особенности и проблемы применения в дисплейных технологиях. «Электронные компоненты» №1, стр. 28-33,2002

18. Трофимов Ю.В. Полупроводниковые еветодиоды - новые сферы применения и тенденции развития рынка. «Электронные компоненты» №3, стр. 1-5, 2003

19. Хит О. Фотосинтез. М., "Мир", 1972.

20. Чмора С.Н. Зависимость световых кривых фотосинтеза от внешних и внутренних факторов. Автореферат дисс. На соиск. уч. степ, к.б.н., Москва, ИФР АН СССР, 1967.

21.Barta D.J., Tibbitts T.W., BulaR.J., MorrowR.C. Evaluation of light emitting diode characteristics for a space-based plant irradiation source. Adv. Space Res. Vol. 12, No.5, pp.141-149, 1992

22. Berkovich Yu. A., Krivobok N. M., Sinyak Yu. E., Smolyanina S. O., GrigorievYu. I., Romanov S. Yu., Guissenberg A. S. Developing a vitamin greenhousefor the life support system of the international space station and for future interplanetarymissions. Adv. Space Res. 2004a. Vol. 34, pp. 1552-1557.

23. Berkovich Yu. A., Krivobok N. M., Sinyak Yu. E. Project of conveyer-type space greenhouse for cosmonauts supply with vitamin greenary. Adv. Space Res.Vol. 22. No. 10,1998 a, pp. 1401-1405.

24. Berkovich Yu. A., Smolyanina S. O., Krivobok N. M., Krivobok S. M. A Comparison of Root Module Designs Relative to Wheat Growth and Development: Defining the requirements for a Space Based Plant Culture System. 2000b. SAE Technical paper. 2000-01-2508.

25. Berkovich Yu. A. Evaluation of planting surfaces for crop production in microgravity. Adv. Space Res. Vol. 26, No.2, 2000. Pp. 271-279.

26. Berkovich Yu. A., Smolyanina S. O., Krivobok N. M. Estimation of efficiency of vitamin conveyor-tipe plant growth facility «Phytocycle» from ground tests. 2001. SAE Technical paper. 2001-01-2424.

27. Berkovich Yu. A., Krivobok N. M., Krivobok S. M., Matusevich V. V. and Soldatov V. S. Development of a root feeding system based an a fiber ion-exchange substrate for space plant growth chamber «Vitacycle». Habitation. Vol. 9 Issue 1-2,2003.

28. Berkovich Yu. A., Chetirkin P. V., Wheeler R. M., Sager J. C. Evaluating and optimizing horticultural regimes in space plant growth facilities. Adv. Space Res. 2004. Vol. 34, pp. 1612-1618.Charles-Edwards D. A. The Mathematics of Photosynthesis and Productivity. LNY, 1981.

29. Berkovich Yu. A., Krivobok N. M., Syniak Yu. E., Zaitsev E. R., Monakhov B. N.,Protasov N. N., Abramov L. Kh., Samsonov N. M., Farafonov N. S. Perspectives ofdeveloping space greenhouse for the international space station. Proceedings of theSixth European Symposium on Space Environmental Control Systems. Noordwijk,The Netherlands. ESA SP-400, 1997, pp. 839-844.

30. Charles-Edwards D.A. The Mathematics of Photosynthesis and Productivity. L-NY.,1981.

31. Cuello J, Sadler Ph.,Jack D., Ono E., Evaluation of light transmission and distribution materials for lunar and martian bioregenerativ life support. Life Support and Biosphere Science. 1998; Vol.5, pp. 398-402.

32. Cuello J., Darren J., Sadler Ph., Nakamura T., Hybrid Solar and Artificial Lighting(HYSAL): Next - Generation Lighting Strategy for Bioregenerativ Life Support. 1999. SAE Technical paper. 1999-01-2104.

33. De Pury D.G.G., Farquhar G.D. Simple scaling of photosynthesis from leaves to canopies without the errors of big-leaf models. Plant, Cell and Environment, 20, 537-557, 1997.

34. Dixon M., Wehkamp C.A., Stasiak M. Phisiological Responses of Lettuce (Lactuca sativa) to Reduced Atmospheric Pressure. SAE Technical paper 2005-01-3074,2005 r.

35. Drysdale A. Performance Measurments and Bioregenerative Life-Support SystemPerformans: How close are we to achieving cost effectiveness. Presentation F4.5-0015at 31-st COSPAR Scientific Assembly, 14-21 July, 1996. Birmingam, England

36. Drysdale A. E. Metrics and Systems Analysis. 1998. SAE Technical Paper. 981746

37. Drysdale A., Ewert M., Hanford A. Equivalent System Mass Studies of Missions and Concepts. 1999. SAE technical paper. 1999-01-2081

38. Emmerich J.C., Morrow C.R., Clavette T.J., Sirios L.J., Lee M.C. Plant research unit lighting system development. SAE technical paper 2004-01-2454.

39. Favreau M., Rodrigues A., Ordonez L., Waters G. Application of Non-Rectangular Hyperbola Model to the Lettuce and Beet Crops. SAE Technical paper 2005-01-2823, 2005 r.

40. Goins G.D. Growth, stomatal conductance, and leaf surface temperature of

Swiss chard grown under different artificial lighting technologies. 2002, SAE technical paper # 2002-01-2338.

41. Goins G., Ruffe L., Cranston N., Yorio N., Wheeler R., Sager J. Salad crop production under different wavelengths of red light-emitting diodes (LEDs). 2001, SAE technical paper # 2001-01-2422.

42. Goins G., Yorio N. Spinach Growth and development under innovative narrow-and broad-spectrum lighting sources. 2000, SAE technical paper # 2000-01-2290

43. Goins G., Yorio N., Sanwo M., Brown C. Photomorphogenesis, photogenesis, and seed yield of wheat plants grown under red light-emitting diodes (LEDs) with and without supplemental blue lighting. Jörn. Of Experimantal Botany. Vol.48, No.312, pp. 14071413. 1997.

44. Goudriaan J. Crop Micrometeorology: a Simulation Study. PUDOC. Wageningen, 1977.

45. Heathcote D., Brown C.S., Goins G., Kliss M., Levine H., Lomax P., Porter R., Wheeler R. The Plant Research Unit: long-term plant growth support for space station. Proceed. Sixth European Symposium on Life Sciences in Space, Trondheim, Norway, 16-20 June 1996. ESA SP-390, pp.43-48. 1996.

46. Kim H.H., Wheeler R.M., Sager J.S., Goins G.D., A Comparison of Growth and Photosynthetic Characteristics of Lettuce Grown Under Red and Blue Light-Emitting Diodes (LEDs) with and without Supplemental Green LEDs. Acta Hort. 659, pp. 467475, ISHS 2004.

47. Kim H.H., Goins G., Weeler R.M., Sager J.C. Growth and photosynthesis of lettuce grown under red and blue LEDs with supplemental green light. HortScience, 38, 765, 2003.

48. Kim H.H., Goins G., Weeler R.M., Sager J.C. Green-light supplementation for enhanced lettuce growth under red- and blue-light-emitting diodes. HortScience, 39(7), pp.16171622. 2004.

49. Levri J. A., Vaccary D. A., Drysdale A. E. Theory and application of the equivalent system mass metric. 2000. SAE technical paper. 2000-01-2395.

50. Massa G.D. et al, Development of a Reconfigurable LED Plant-growth Lighting System for Equivalent System Mass Reduction in an ALS. SAE Technical paper 2005-01-2955, 2005 r.

51. Maxwell S., Drysdale A. E. Assessment of waste processing technologies for 3 missions. 2001. SAE technical paper. 2001-01-2365.

52. Monsi M., Saeki T. Uber den lichtfaktor in den pflanzengessellschaften und seine bedeutung fur die Stoffproduktion. Japanese Journal of Botany, 1953. No. 14, pp.22-52.

53. Norman J.M. Modeling the complete crop canopy. In " Modification of the Aerial Enviroment of Plants (eds B.J. Barfield & J.F. Gerber) pp. 249-277. American Society Agricaltural Engineers, St. Joseph, Michigan, 1979.

54. Ono E., Cuello J.L., Jordan K.A. Characterizations of high-intensity red and blue light-emitting diodes (LEDs) as a light sourse for plant growth. Life Support&Biosphere Science, Vol. 5 pp 403-413,1998

55. Richards J.T., Edney S.L., Yorio N.C., Stutte G.W., Cranston N., Weeler R.M., Goins G.D. Effects of lighting intensity and supplemental CO2 on yield of potential salad crops for ISS, SAE technical paper 2004-01-2296.

56. Richards J.T., Edney S.L., Yorio N.C., Stutte G.W., Sisko M.D., Cranston N. Weeler R.M. Effects of lighting intensity and temerature on yield of salad crops for Space Exploration, SAE technical paper 2005-01-2820.

57. Sager J.C., Mc Farlane J.C. In "Plant Growth Chamber Handbook", Iowa State University, ISSN:0361-199X, 1997

58. Samsonov N. M., Kurmazenko E. A., Farafonov N. S„ Menkin E. V. An efficiency of technologies and a strategy for synthesis of integrated life support system structure. 2000. SAE technical paper #2000-01-2396

59. Stryjewski E., Goins G.D., Kelly C., Quantitative morphological analysis of spinach grown under LEDs or sulfur microwave lamps. SAE technical paper 2001-01-2272.

60. Tornley J.M. Mathematical Models in Plant Physiology. Academic press, L-N-Y, 1976.

61.Thimijan R.W., Heins R.D. Photometric, radiometric and quantum light units of measure: a review of procedures for interconversion. HortScience, Vol. 18(6), December 1983.

62. Wheeler R.M., Mackowiak C.L., Stutte G.W., Sager J.C., Yorio N.C., Ruffe L.M., Fortson R.E., Dreschel T.W., Knott W.M., Corey K.A. NASA's Biomass Production Chamben^A Testbed for Bioregenerativ Life Support Studies. Advance in Space Research, Vol. 18, No. 4/5, pp. 215-224,1996.

63. Whisler F.D., Acock B., Baker D.N., Fye R.E., Hodges H.F. Crop simulation models in agronomic systems. Advances in Agronomy, 40, 141-208, 1986.