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強(qiáng)健的體魄和充沛的活力是航天員在太空長(zhǎng)期工作和生活的“秘密武器”。在失重環(huán)境下，準(zhǔn)確測(cè)量航天員的體重對(duì)于跟蹤他們的健康狀況和生理變化至關(guān)重要。對(duì)于執(zhí)行長(zhǎng)期任務(wù)的航天員來說，定期的身體質(zhì)量監(jiān)測(cè)不僅有助于調(diào)整他們的飲食和鍛煉計(jì)劃，確保工作負(fù)荷的合理分配，還能對(duì)潛在的空間病進(jìn)行早期預(yù)測(cè)，并設(shè)計(jì)有效的安全防護(hù)措施，確保他們?cè)陔x開地球的日子里也能保持最佳狀態(tài)。

航天員進(jìn)行醫(yī)學(xué)檢查

太空測(cè)重：健康的晴雨表

空間站的環(huán)境與地球截然不同，航天員們不僅要搞定微重力帶來的生理挑戰(zhàn)，還得克服封閉空間可能引發(fā)的心理小情緒。在執(zhí)行艙外活動(dòng)時(shí)，他們還必須面對(duì)宇宙射線對(duì)身體的潛在傷害。長(zhǎng)期處于太空環(huán)境可能會(huì)對(duì)骨骼、肌肉、血液循環(huán)和心臟等器官造成損傷。因此，空間站必須配備先進(jìn)的醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備，以實(shí)時(shí)跟蹤航天員的健康狀況。這些設(shè)備能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵的健康指標(biāo)，確保航天員在太空中的安全。此外，航天員在返回地球后，還需要接受一段長(zhǎng)時(shí)間的康復(fù)訓(xùn)練，以幫助他們逐漸適應(yīng)地球的重力環(huán)境，恢復(fù)身體功能。

航天員的體重變化往往是健康異常的早期信號(hào)。為了捕捉這些微妙的變化，航天員們會(huì)定期使用專門的太空“體重秤”來稱一稱自己，看看是不是“瘦了”或者“胖了”。這種監(jiān)測(cè)不僅有助于預(yù)警潛在的健康問題，還能為其他健康評(píng)估提供重要的參考數(shù)據(jù)。

測(cè)重“好幫手”——質(zhì)量測(cè)量?jī)x

空間站和其他地球軌道上的衛(wèi)星一樣，以介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之間的線速度繞地球旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)過程中，空間站及其艙內(nèi)的航天員實(shí)際上受到地球的萬(wàn)有引力作用，但這種引力完全轉(zhuǎn)化為了維持旋轉(zhuǎn)所需的向心力。因此，傳統(tǒng)的杠桿式或壓力式體重秤在這種環(huán)境中就像是失去了魔法，根本無(wú)法測(cè)量物體或航天員的重量。

但是，中國(guó)空間站上確實(shí)裝備了一種特殊的“體重秤”——質(zhì)量測(cè)量?jī)x。這種裝置能夠測(cè)量航天員的體重，但它的工作原理與傳統(tǒng)體重秤完全不同。

質(zhì)量測(cè)量?jī)x采用直線加速度原理，依據(jù)牛頓第二定律來確定航天員的質(zhì)量。操作時(shí)，航天員需固定在人體支架上，然后被推至特定位置。支架在復(fù)位過程中，由恒力機(jī)構(gòu)（由凸輪、彈簧、定滑輪和鋼絲繩等部件構(gòu)成）施加一個(gè)恒定的力，促使航天員進(jìn)行勻加速直線運(yùn)動(dòng)。通過光柵測(cè)距裝置，測(cè)量航天員在恒力作用下的位移速度和時(shí)間，從而計(jì)算出加速度。在已知恒力的情況下，通過公式來計(jì)算航天員的質(zhì)量。這種方法在失重環(huán)境下也能準(zhǔn)確測(cè)量航天員的質(zhì)量，為空間站的健康監(jiān)測(cè)提供了重要數(shù)據(jù)。

質(zhì)量測(cè)量?jī)x升級(jí)

第一代質(zhì)量測(cè)量?jī)x隨天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器成功進(jìn)入軌道。在神舟九號(hào)任務(wù)中，三名航天員利用這套設(shè)備成功完成了對(duì)人體、食品包、冷凝水箱等物品的質(zhì)量測(cè)試。而在神舟十號(hào)任務(wù)期間，“太空教師”王亞平在首次太空授課中，向全球觀眾詳細(xì)講解并展示了該儀器的工作原理和操作流程。

在演示過程中，航天員聶海勝將自己固定在質(zhì)量測(cè)量?jī)x的支架上，王亞平則負(fù)責(zé)將連接運(yùn)動(dòng)裝置的彈簧拉伸至預(yù)設(shè)位置，隨后釋放，彈簧隨即回彈至原位。通過這一過程，測(cè)量?jī)x最終顯示聶海勝的體重為74千克。王亞平在拉伸彈簧至預(yù)設(shè)位置時(shí)所施加的力是恒定的，這一數(shù)值在設(shè)備制造過程中已經(jīng)通過精確測(cè)試并明確標(biāo)注。測(cè)量?jī)x內(nèi)部還集成了一個(gè)光柵測(cè)速系統(tǒng)，其功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄身體在運(yùn)動(dòng)過程中的速度變化，進(jìn)而計(jì)算出加速度。一旦確定了恒定的力和加速度，根據(jù)牛頓第二定律，聶海勝的體重便能被準(zhǔn)確計(jì)算出來。

第二代質(zhì)量測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)示意圖

隨著空間站時(shí)代的來臨，質(zhì)量測(cè)量?jī)x也迎來了它的“升級(jí)換代”。第二代質(zhì)量測(cè)量?jī)x在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行了改進(jìn)：提高了測(cè)量精度，增強(qiáng)了測(cè)量穩(wěn)定性，優(yōu)化了測(cè)量和標(biāo)定算法，升級(jí)了軟件系統(tǒng)，改進(jìn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并融入了工效學(xué)理念。這些改進(jìn)使得第二代質(zhì)量測(cè)量?jī)x的精度有了顯著提升，測(cè)量結(jié)果的一致性也較前一代有了明顯的提高。第二代質(zhì)量測(cè)量?jī)x搭載天和核心艙升空，成功完成了神舟十二號(hào)至神舟十六號(hào)乘組在軌期間的質(zhì)量測(cè)量任務(wù)。

針對(duì)運(yùn)營(yíng)期間的醫(yī)療監(jiān)測(cè)需求和航天員的使用反饋，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)質(zhì)量測(cè)量?jī)x進(jìn)行了新一輪的優(yōu)化升級(jí)。此次升級(jí)主要聚焦于提高測(cè)量的穩(wěn)定性、操作的效率以及使用的舒適性。具體改進(jìn)包括對(duì)四連桿和人體支架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，添加了防滑套，以及改進(jìn)了人體定姿裝置。經(jīng)過改進(jìn)的四連桿和人體支架隨著天舟七號(hào)貨運(yùn)飛船成功運(yùn)送至空間站。目前，神舟十七號(hào)與神舟十八號(hào)乘組已在軌完成了設(shè)備的標(biāo)定和人體質(zhì)量測(cè)量工作。根據(jù)他們的反饋，改進(jìn)后的設(shè)備不僅在測(cè)量精度和穩(wěn)定性上有了顯著提升，而且在操作效率和使用舒適度上也有了明顯改善，為航天員提供了更加優(yōu)質(zhì)的使用體驗(yàn)。

神舟十四號(hào)乘組航天員順利進(jìn)駐天和核心艙

技術(shù)的不斷革新將驅(qū)動(dòng)質(zhì)量測(cè)量設(shè)備持續(xù)優(yōu)化，保證其在太空中的精準(zhǔn)性與可靠性，為航天員的太空任務(wù)和日常生活提供堅(jiān)強(qiáng)的保障。

內(nèi)容綜合于京報(bào)網(wǎng)、中國(guó)日?qǐng)?bào)網(wǎng)、中國(guó)載人航天等

（科學(xué)性審核：鄭永春，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員）

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