植物生長地面微重力模擬是隨著航天技術發展而出現的新興研究領域，很快便成為各大國家相繼關注的重要技術之一。微重力環境對植物的形態和發育產生了顯著的影響，了解并分析這些變化的原因，對于研究如何在太空中進行植物栽培和生態系統維持至關重要。

　　上海市安裝工程集團有限公司調試檢測中心受中科院相關單位委托，通過對回轉儀原型機的配置及運行原理進行分析研究，并采用Solidworks、Eplane等計算機輔助設計軟件進行仿真設計，自主研制出一套功能更加全面的三維回轉儀，通過模擬不特定的隨機運動，減少重力對試樣的影響。

　　同時，項目部創新使用全光譜補光照明燈模擬自然光照，以滿足特定的植物生長需求，并在設備倉內增設工業攝像機，可實時或定時抓拍植物生長過程圖像，該設備可長期不間斷進行微重力模擬實驗。

　　量身定制，更加貼合實驗需求

　　微重力，也常被稱為失重狀態，是指在地球或其他天體附近，由于特定的環境條件或運動狀態，使得物體所受到的重力作用變得非常微弱的現象。微重力的重力加速度極小，一般小于地球重力加速度的百萬分之一。

　　為了便于在地球上能夠長時間、可重復的研究微重力環境，科研人員普遍采用回轉裝置來減弱植物所受到的來自特定方向的地球引力，通過不同速率和不同方向連續或間歇性的旋轉來干擾植物根系的向重力性，從而達到在微重力環境下的擬態生長效果，以便進一步的科學研究。

　　現有的回轉裝置承載的實驗器皿數量普遍偏少，大部分裝置的核心區域只有一臺筆記本電腦的大小，控制穩定性差、光照面積小、光照強度低、實驗器皿固定方式簡陋、裝置運行數據無法存儲分析。

　　為此，調試檢測中心在中科院的原型機的基礎上，根據實驗過程中的實際需求，定制化設計并制造了首臺“雙軸伺服三維回轉儀”。

　　該裝置高1.5米，寬1.8米，長2.1米，相較于原型機，裝置的核心區域由單一的平面板創新設計成滾筒式，使微重力環境分布更加均勻;模擬光源由多支小功率LED日光燈管改為為三臺最大照度為30000lx的可調節LED全光譜補光燈，并加裝了照度傳感器，能實時測控環境中的光照強度;試樣的固定面板也從一個面板增加到三個面板，且采用了全新的快拆式夾具，這種快拆式夾具如同車載式手機支架一樣，可以自由拉伸，既能夠固定培養皿，也可以固定培養瓶和培養花盆。

　　同時，項目部采用在PLC控制平臺上研發的隨機數算法，以滿足隨機和無序地控制目標裝置旋轉運行的要求，并通過伺服電機來控制內外雙軸，從而實現任意角度和速度的旋轉，使實驗對象沿球面上的隨機軌跡回轉，達到了高精度低誤差的實時控制要求。

　　優中選優，精準模擬晝夜節律

　　光照是植物生長中不可或缺的關鍵因素，合理的光照對植物的生長和發育至關重要。項目部對市場上的燈具進行大量比選，篩選出能更精確地模擬太陽光照的補光燈。通過結合實驗植物種類，開展針對性的光照對比試驗，最終采用這臺全光譜補光燈來模擬自然光照。

　　相較于其他補光燈，這臺全光譜補光燈的光譜顏色更為細膩，能精準適配不同實驗植物所需的各種波長光線，滿足不同生長階段，多維度的模擬太陽光照，以適配不同實驗周期的需求。項目部還在裝置上集成了一套智能控制系統，操作人員只需在觸摸屏上輸入所需照度，便可一鍵式完成0至30000lx的照度變化。

　　通過PLC系統的精準控制，可依據設置的光照度傳感器實時檢測到的當前照度數據，來自動調整光照的穩態輸出，以適配各類植物生長所需的不同照度，并模仿晝夜節律，在臨近預設的開啟或關閉節點時，自動熄滅與開啟燈光。

　　匠心攻關，實現提質增效

　　為更好地實時監測內部植物的生長情況，項目部還在設備倉內加裝了專用的工業相機和小型補光燈，這種工業相機相比于傳統的民用相機而言，具備更高的圖像穩定性、傳輸能力和抗干擾能力，能在360度的無序旋轉過程中對內部進行實時監測、記錄。

　　在實驗過程中，因晝夜補光光照強度的陡變差異，培養皿的表面容易產生結露現象，水汽的蔓延使得相機記錄的畫面難以滿足實驗需要。

　　項目部綜合分析可能產生結露現象各類因素，憑借豐富的經驗和技術積累，在保證試驗室內恒溫恒濕的同時，創新性的嘗試在每個培養皿和不銹鋼夾具的連接處粘貼一塊黑色EVA泡棉，利用其隔熱和緩沖性能良好的特性，吸收散溢光源和熱量。既解決了結露現象，也利用黑色的背景板，讓鏡頭對焦更為清晰。

　　目前，雙軸伺服三維回轉儀一期已在中科院相關單位成功應用，整個實驗過程可實現一鍵式托管。

　　未來，調試檢測中心還將對三維回轉儀系統的軟硬件進一步優化和升級，使該設備不僅可應用于植物的微重力研究領域，還可拓展應用于動物細胞實驗和小鼠實驗等生物醫學研究領域。并將結合展期同類設備的投運情況，不斷豐富設備的應用場景、提升系統平臺的智能集控能力。

來源：上海安裝