强健的体魄和充沛的活力是航天员在太空长期工作和生活的“秘密武器”。在失重环境下，准确测量航天员的体重对于跟踪他们的健康状况和生理变化至关重要。对于执行长期任务的航天员来说，定期的身体质量监测不仅有助于调整他们的饮食和锻炼计划，确保工作负荷的合理分配，还能对潜在的空间病进行早期预测，并设计有效的安全防护措施，确保他们在离开地球的日子里也能保持最佳状态。
航天员进行医学检查
太空测重：健康的晴雨表
空间站的环境与地球截然不同，航天员们不仅要搞定微重力带来的生理挑战，还得克服封闭空间可能引发的心理小情绪。在执行舱外活动时，他们还必须面对宇宙射线对身体的潜在伤害。长期处于太空环境可能会对骨骼、肌肉、血液循环和心脏等器官造成损伤。因此，空间站必须配备先进的医疗监测设备，以实时跟踪航天员的健康状况。这些设备能够及时监测关键的健康指标，确保航天员在太空中的安全。此外，航天员在返回地球后，还需要接受一段长时间的康复训练，以帮助他们逐渐适应地球的重力环境，恢复身体功能。
航天员的体重变化往往是健康异常的早期信号。为了捕捉这些微妙的变化，航天员们会定期使用专门的太空“体重秤”来称一称自己，看看是不是“瘦了”或者“胖了”。这种监测不仅有助于预警潜在的健康问题，还能为其他健康评估提供重要的参考数据。
测重“好帮手”——质量测量仪
空间站和其他地球轨道上的卫星一样，以介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间的线速度绕地球旋转。在这个过程中，空间站及其舱内的航天员实际上受到地球的万有引力作用，但这种引力完全转化为了维持旋转所需的向心力。因此，传统的杠杆式或压力式体重秤在这种环境中就像是失去了魔法，根本无法测量物体或航天员的重量。
但是，中国空间站上确实装备了一种特殊的“体重秤”——质量测量仪。这种装置能够测量航天员的体重，但它的工作原理与传统体重秤完全不同。
质量测量仪采用直线加速度原理，依据牛顿第二定律来确定航天员的质量。操作时，航天员需固定在人体支架上，然后被推至特定位置。支架在复位过程中，由恒力机构（由凸轮、弹簧、定滑轮和钢丝绳等部件构成）施加一个恒定的力，促使航天员进行匀加速直线运动。通过光栅测距装置，测量航天员在恒力作用下的位移速度和时间，从而计算出加速度。在已知恒力的情况下，通过公式来计算航天员的质量。这种方法在失重环境下也能准确测量航天员的质量，为空间站的健康监测提供了重要数据。
质量测量仪升级
第一代质量测量仪随天宫一号目标飞行器成功进入轨道。在神舟九号任务中，三名航天员利用这套设备成功完成了对人体、食品包、冷凝水箱等物品的质量测试。而在神舟十号任务期间，“太空教师”王亚平在首次太空授课中，向全球观众详细讲解并展示了该仪器的工作原理和操作流程。
在演示过程中，航天员聂海胜将自己固定在质量测量仪的支架上，王亚平则负责将连接运动装置的弹簧拉伸至预设位置，随后释放，弹簧随即回弹至原位。通过这一过程，测量仪最终显示聂海胜的体重为74千克。王亚平在拉伸弹簧至预设位置时所施加的力是恒定的，这一数值在设备制造过程中已经通过精确测试并明确标注。测量仪内部还集成了一个光栅测速系统，其功能是实时监测并记录身体在运动过程中的速度变化，进而计算出加速度。一旦确定了恒定的力和加速度，根据牛顿第二定律，聂海胜的体重便能被准确计算出来。
第二代质量测量仪结构示意图
随着空间站时代的来临，质量测量仪也迎来了它的“升级换代”。第二代质量测量仪在多个关键领域进行了改进：提高了测量精度，增强了测量稳定性，优化了测量和标定算法，升级了软件系统，改进了结构设计，并融入了工效学理念。这些改进使得第二代质量测量仪的精度有了显著提升，测量结果的一致性也较前一代有了明显的提高。第二代质量测量仪搭载天和核心舱升空，成功完成了神舟十二号至神舟十六号乘组在轨期间的质量测量任务。
针对运营期间的医疗监测需求和航天员的使用反馈，科研团队对质量测量仪进行了新一轮的优化升级。此次升级主要聚焦于提高测量的稳定性、操作的效率以及使用的舒适性。具体改进包括对四连杆和人体支架结构的优化，增强了结构的强度和刚度，添加了防滑套，以及改进了人体定姿装置。经过改进的四连杆和人体支架随着天舟七号货运飞船成功运送至空间站。目前，神舟十七号与神舟十八号乘组已在轨完成了设备的标定和人体质量测量工作。根据他们的反馈，改进后的设备不仅在测量精度和稳定性上有了显著提升，而且在操作效率和使用舒适度上也有了明显改善，为航天员提供了更加优质的使用体验。
神舟十四号乘组航天员顺利进驻天和核心舱
技术的不断革新将驱动质量测量设备持续优化，保证其在太空中的精准性与可靠性，为航天员的太空任务和日常生活提供坚强的保障。
内容综合于京报网、中国日报网、中国载人航天等
（科学性审核：郑永春，中国科学院国家天文台研究员）
责任编辑：王磊
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