神舟十八號乘組已入住“太空之家”一月有余，航天員在此期間順利完成了身體質(zhì)量的測量。為什么要進(jìn)行身體質(zhì)量的測量？如何在微重力環(huán)境下開展測量？用以測量的儀器進(jìn)行了哪些改進(jìn)與升級？讓我們一探究竟。

“身體質(zhì)量”，

監(jiān)測航天員在軌健康的指標(biāo)之一

身體質(zhì)量，是人體最基本的生理指標(biāo)之一，穩(wěn)定的身體質(zhì)量是身體健康的基本標(biāo)志，身體質(zhì)量的變化反映了人體新陳代謝的運行狀況。在太空中，身體質(zhì)量的測量對于監(jiān)測航天員的健康和生理變化非常關(guān)鍵，特別是在長期駐留任務(wù)中，定期監(jiān)測身體質(zhì)量不僅可以幫助調(diào)整航天員飲食結(jié)構(gòu)、鍛煉計劃及工作負(fù)荷，還可以進(jìn)行空間疾病的預(yù)測及安全防護(hù)的設(shè)計。

△神舟十八號乘組航天員李聰在軌測量身體質(zhì)量

在軌人體質(zhì)量測量在生命科學(xué)研究中也起到重要作用。準(zhǔn)確的身體質(zhì)量測量指標(biāo)，可用于研究人體在微重力條件下體液流失、肌肉萎縮等現(xiàn)象，可以研究長期微重力條件下的人體新陳代謝效率及在軌的生理反應(yīng)等。

質(zhì)量測量儀，

在軌測量人體質(zhì)量的好“幫手”

在地面進(jìn)行人體質(zhì)量測量的方法有很多，但一般不適合太空應(yīng)用。在軌進(jìn)行質(zhì)量測量需要克服微重力環(huán)境、人體柔性以及測量時人體質(zhì)心難以確定等困難，因此需要借助特制的“太空體重秤”——質(zhì)量測量儀。

1 長什么樣？

從外形來看，質(zhì)量測量儀與大家平時使用的體重秤可以說是“毫不相關(guān)”，它主要由主機(jī)（恒力機(jī)構(gòu)、測量系統(tǒng)）、四連桿、人體支架、釋放機(jī)構(gòu)和力傳感器電纜等組成，屬于航天員健康保障裝備。

△第二代質(zhì)量測量儀結(jié)構(gòu)示意圖

微重力環(huán)境下質(zhì)量測量的基本方法是：施加已知外力使被測物體運動，然后通過測量與被測物體質(zhì)量相關(guān)的慣性特性，如振動頻率、動量、加速度等，最終計算出被測物體質(zhì)量。目前主要研究的在軌人體質(zhì)量測量原理分為：自然頻率原理、離心力原理、直線加速度原理和動量守恒原理4類。

2 測量原理是什么？

質(zhì)量測量儀應(yīng)用直線加速度原理，通過牛頓第二定律：F（力）=m（質(zhì)量）×a（加速度）計算航天員質(zhì)量。

在使用質(zhì)量測量儀時，航天員首先按要求固定在人體支架上，然后推至指定位置，在支架復(fù)位的過程中，恒力機(jī)構(gòu)（由凸輪、彈簧、定滑輪和鋼絲繩等零件組成的機(jī)構(gòu)）提供的恒力（F）作用于航天員身體，使航天員做勻加速直線運動。通過光柵測距裝置測量航天員在恒力作用下的位移速度（v）和時間（t），以此計算加速度（a=v／t），在已知恒力的情況下計算出人體的質(zhì)量（m=F／a）。

精益求精，

持續(xù)優(yōu)化升級在軌測量技術(shù)水平

1 第一代質(zhì)量測量儀

2011年9月，第一代質(zhì)量測量儀搭載天宮一號目標(biāo)飛行器入軌。神舟九號乘組三名航天員使用這套儀器順利完成了人體、食品包、冷凝水箱等測試工作，在神舟十號任務(wù)期間開展的首次太空授課中，“太空教師”王亞平對其工作原理和工作流程進(jìn)行了講解、展示。

△神舟十號任務(wù)首次太空授課中展示第一代質(zhì)量測量儀

△航天員聶海勝在軌演示使用第一代質(zhì)量測量儀

△航天員聶海勝在軌演示使用第一代質(zhì)量測量儀

2 第二代質(zhì)量測量儀

進(jìn)入空間站階段，質(zhì)量測量儀也進(jìn)行了“升級換代”。

第二代質(zhì)量測量儀從測量精度、測量穩(wěn)定性、測量及標(biāo)定算法、軟件改進(jìn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工效學(xué)設(shè)計等方面入手，使質(zhì)測儀精度顯著提高，測量結(jié)果的一致性也較上一代質(zhì)測儀有明顯提升，2021年4月，第二代質(zhì)量測量儀隨天和核心艙上行，順利完成神十二至神十六乘組在軌質(zhì)量測量任務(wù)。

△神舟十三號乘組在軌安裝第二代質(zhì)量測量儀

△神舟十三號乘組在軌安裝第二代質(zhì)量測量儀

△航天員翟志剛在軌使用第二代質(zhì)量測量儀

面向運營期醫(yī)監(jiān)需求和航天員使用反饋，為進(jìn)一步提升質(zhì)量測量儀的測量穩(wěn)定性、操作效率和舒適性，科研團(tuán)隊對質(zhì)量測量儀再次進(jìn)行優(yōu)化，重點優(yōu)化了四連桿和人體支架的結(jié)構(gòu)、提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度、加裝了防滑套，改良了人體的定姿裝置。2024年1月，改進(jìn)的四連桿和人體支架隨天舟七號貨運飛船上行至空間站，目前，神十七與神十八乘組完成了在軌標(biāo)定和人體質(zhì)量測量，反饋結(jié)果良好，測試的精度和穩(wěn)定性不僅顯著提升，也使航天員在進(jìn)行質(zhì)量測量時操作更加高效，坐姿更加舒適。

△神舟十八號乘組航天員李廣蘇在軌測量身體質(zhì)量

現(xiàn)在，你知道應(yīng)該如何在太空中測量自己的質(zhì)量了嗎？其實，只需要三步就能完成

1 固定好自己

為此你的身體各部位需要完成以下操作——

腿部：彎繞過支架中間的橫桿；

腳趾：勾住支架最下桿；

手臂：彎繞過支架上橫桿；

手部：握住手支撐桿，根據(jù)身高情況，可以調(diào)節(jié)手支撐桿；

下巴：放置于兩手之間；

胸腹部：抵住腹撐，腹撐在肚擠眼上方一拳左右位置，盡量蜷縮；

臀部：坐在支架座椅上，腹撐和支架座椅均可以調(diào)節(jié)位置，并系好支架座椅套的束縛帶。

△神舟十八號乘組航天員葉光富在軌測量身體質(zhì)量

2 找一個隊友

請你的隊友將你推至指定位置，并等待支架復(fù)位。

△神舟十八號乘組航天員葉光富在軌測量身體質(zhì)量

3 計算出結(jié)果

通過牛頓第二定律公式就可以得出你在太空中的質(zhì)量了。是不是非常容易？你學(xué)會了嗎？

在飛行任務(wù)中，航天員的身體質(zhì)量測量對于監(jiān)測其健康狀況至關(guān)重要。通過使用質(zhì)量測量儀，能夠準(zhǔn)確跟蹤航天員在軌期間的質(zhì)量變化，為航天醫(yī)學(xué)研究提供重要數(shù)據(jù)，有助于科學(xué)家分析微重力環(huán)境對人體的影響，并為航天員的健康維護(hù)與保障提供科學(xué)依據(jù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，質(zhì)量測量設(shè)備將持續(xù)得到改進(jìn)，確保其在太空環(huán)境中的精確度和穩(wěn)定性，為航天員的在軌工作和生活順利提供支持。（來源：中國載人航天）