[科普中国]-航天高过载防护设备

航天高过载的来源

地心引力将人类和地球上的一切物体牢牢束缚在地球上。人类要想飞离地球就必须克服这种束缚。为了克服地球引力，航天器在发射升空过程中，利用火箭的动力，逐步加速至入轨速度。在加速过程中飞船发射时的过载可达5～8G，航天飞机可控制在3G的水平。在飞船发射段的应急逃逸过程中，航天员可能会遇到8～15G甚至更高的过载作用。航天器完成轨道飞行返回地面的过程中，离轨段制动火箭的动力减速和再入大气层的气动减速，也会使航天员承受很大的过载，其持续时间和峰值与航天器返回时的再入角和航天器本身的动力状态有关。目前，飞船正常返回时，一般最大过载值为4～5G，航天飞机则不大于3G。减速与加速的方向不同，但性质相同。而一个50千克的人在2G的环境中就成为100千克，如果在6G环境中就相当于有300千克的力作用在人身上，肯定对人体有不利影响。2

高过载的危害在载人飞行中，过高的过载值对人体有害，甚至是致命的。超重对人体影响的大小与超重力的作用方向、数值大小、持续时间以及变化速率有关。与航天员有关的主要是两个方向的超重：一是作用方向从人的前胸到背部的横向超重，也称胸-背向超重；另一个是对人体影响较大的，作用方向从头到骨盆的纵向超重，也称头-盆向超重。无论什么方向的超重都是超重值越大、持续时间越长、变化速率越快对人体的影响就越更大。较大的过载会使航天员呼吸功能、心血管功能异常，对识别、判断及操作等能力也会带来一定影响。而过高的超重还会造成航天员头部和心脏供血不足，轻则引起视觉障碍和心律紊乱，重则导致意识丧失。2

高过载防护过载是航天员在太空飞行任务中需面临的一大难关。为了使航天员能够顺利闯过两个“过载关”，航天工程人员和航天医学家联合起来，采取各种措施，为航天员保驾护航。

首先，工程人员发现，在满足一定加速过程的前提下，较低的超重值和较长的作用时间，比较高的超重值和较短作用时间对人体更有利。经过工程人员的不断努力与改进，现在发射时的超重值已由早期的7～9G降低到不超过5G，再入时由于利用了升力，减速超重值也由早期简单弹道式再入的9～10G降到4G。尽管作用时间要相应延长，但人体的负荷却可以大大减低。3

其次，航天医学专家发现，选择合理的体位，将降低超重对人体的影响。因为人体对胸-背向超重的承受能力远大于头-盆向超重，于是，他们想了一个办法，做了一个与重力方向成75度的贴身躺椅，发射时，让航天员采取横卧的姿势，再配备减震坐垫和防噪耳塞等，会减轻超重对航天员身体的损伤。

此外，人和人之间，对超重作用的耐受力有很大差别：有的人在3G时就会昏迷，有的人却可以耐受5～6G，仍保持视觉明亮、头脑清醒。因此，选拔超重耐力高的人当航天员，也是一种十分有效的预防措施。同时，航天医学专家们也发现一个人的超重耐力是可以改变的，经过一段时间的的体能训练及与对抗重力直接有关的特殊训练，可以提高航天员的超重耐力，如航天员转椅训练和离心机训练等。

另一方面，在飞船返回过程中，由于超重作用的影响，航天员很容易出现晕厥。对此，航天医学专家们也提出了一个好办法，让他们在返回时穿上一种特别的抗荷服——这种服装的腿部和腹部有气囊，这些气囊在加压时，可以防止血液在下身的滞留，增加回心血量，脑部就不缺血了，也就不会出现晕厥了。采取了上述种种保驾护航的措施，现在，航天员基本可以顺利地闯“过载关”了。2