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

航天員進行醫(yī)學檢查

太空測重：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)行艙外活動時，他們還必須面對宇宙射線對身體的潛在傷害。長期處于太空環(huán)境可能會對骨骼、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的醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備，以實時跟蹤航天員的健康狀況。這些設(shè)備能夠及時監(jiān)測關(guān)鍵的健康指標，確保航天員在太空中的安全。此外，航天員在返回地球后，還需要接受一段長時間的康復(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。為了捕捉這些微妙的變化，航天員們會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)測不僅有助于預(yù)警潛在的健康問題，還能為其他健康評估提供重要的參考數(shù)據(jù)。

測重“好幫手”——質(zhì)量測量儀

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)。在這個過程中，空間站及其艙內(nèi)的航天員實際上受到地球的萬有引力作用，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，根本無法測量物體或航天員的重量。

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

質(zhì)量測量儀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，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，由恒力機構(gòu)（由凸輪、彈簧、定滑輪和鋼絲繩等部件構(gòu)成）施加一個恒定的力，促使航天員進行勻加速直線運動。通過光柵測距裝置，測量航天員在恒力作用下的位移速度和時間，從而計算出加速度。在已知恒力的情況下，通過公式來計算航天員的質(zhì)量。這種方法在失重環(huán)境下也能準確測量航天員的質(zhì)量，為空間站的健康監(jiān)測提供了重要數(shù)據(jù)。

質(zhì)量測量儀升級

第一代質(zhì)量測量儀隨天宮一號目標飛行器成功進入軌道。在神舟九號任務(wù)中，三名航天員利用這套設(shè)備成功完成了對人體、食品包、冷凝水箱等物品的質(zhì)量測試。而在神舟十號任務(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)量測量儀的支架上，王亞平則負責將連接運動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，測量儀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)通過精確測試并明確標注。測量儀內(nèi)部還集成了一個光柵測速系統(tǒng)，其功能是實時監(jiān)測并記錄身體在運動過程中的速度變化，進而計算出加速度。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確計算出來。

第二代質(zhì)量測量儀結(jié)構(gòu)示意圖

隨著空間站時代的來臨，質(zhì)量測量儀也迎來了它的“升級換代”。第二代質(zhì)量測量儀在多個關(guān)鍵領(lǐng)域進行了改進：提高了測量精度，增強了測量穩(wěn)定性，優(yōu)化了測量和標定算法，升級了軟件系統(tǒng)，改進了結(jié)構(gòu)設(shè)計，并融入了工效學理念。這些改進使得第二代質(zhì)量測量儀的精度有了顯著提升，測量結(jié)果的一致性也較前一代有了明顯的提高。第二代質(zhì)量測量儀搭載天和核心艙升空，成功完成了神舟十二號至神舟十六號乘組在軌期間的質(zhì)量測量任務(wù)。

針對運營期間的醫(yī)療監(jiān)測需求和航天員的使用反饋，科研團隊對質(zhì)量測量儀進行了新一輪的優(yōu)化升級。此次升級主要聚焦于提高測量的穩(wěn)定性、操作的效率以及使用的舒適性。具體改進包括對四連桿和人體支架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，增強了結(jié)構(gòu)的強度和剛度，添加了防滑套，以及改進了人體定姿裝置。經(jīng)過改進的四連桿和人體支架隨著天舟七號貨運飛船成功運送至空間站。目前，神舟十七號與神舟十八號乘組已在軌完成了設(shè)備的標定和人體質(zhì)量測量工作。根據(jù)他們的反饋，改進后的設(shè)備不僅在測量精度和穩(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。

神舟十四號乘組航天員順利進駐天和核心艙

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

內(nèi)容綜合于京報網(wǎng)、中國日報網(wǎng)、中國載人航天等

（科學性審核：鄭永春，中國科學院國家天文臺研究員）

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