失重研究的历史与方法

美国在1946～1947年首先利用生物火箭进行失重研究，实验对象是猴，创造了仅2～3秒的失重状态，飞行过程中主要观察心率和呼吸变化。1950年又用老鼠进行实验，主要观察失重时的肌肉协调反应，以及已去除迷路老鼠和正常鼠的行为。1949～1950年苏联利用生物火箭以狗为对象进行实验26次，失重时间最长达10分钟，观察血压、心率、呼吸、体温等的改变。1957年苏联首次把小狗送入地球轨道，观察到在起飞阶段，心率和呼吸都比原来增加2～3倍。失重时，呼吸频率和心率逐渐下降，但心率恢复到原来水平的时间相当于地面上的三倍。这是因为失重时影响了进入中枢神经系统的向心冲动，其中包括动物的身体在空间位置的向心冲动，这样可影响调节血液循环和呼吸功能的皮层下结构的机能状态。1961年，美国利用猴子进行了亚轨道和轨道飞行的失重实验，还利用飞机作抛物线飞行，创造了20～30秒钟的失重状态，研究人在失重时的定向能力、精细动作能力、心率和循环时间的变化以及进食方式等项目。这些都为人进入地球轨道飞行作准备。通过这些实验证明了失重并不致引起动物生理功能严重障碍，消除了失重会危害人体安全的顾虑。到1961年4月12日苏联发射了世界上第一艘载人飞船——东方1号，航天员Гагарин进入了地球轨道，使失重对人体影响的研究进入了新的阶段。到1981年为止美国和苏联各发射了三个系列的飞船。美国有水星号，双子星座号，阿波罗号。苏联有东方号，上升号，联盟号，后来又发展了联盟号的改进型称“联盟T系列”。此外美国还发射了轨道站——天空实验室，苏联发射了礼炮号。为了向礼炮号输送物质，苏联还发展了前进号无人飞船。1981年4月美国成功地发射了可重复使用的航天飞机，使宇宙飞行又进入了一个新的发展阶段。
水星号只载一名航天员，双子星座号载二名航天员，阿波罗号载三名航天员。天空实验室是靠阿波罗号飞船将航天员送上去，飞船与天空实验室对接，然后航天员进入天空实验室。每次送三名，共送了三次，分别称天空实验室2号、3号、4号。飞行时间分别为28、59、84天。东方号也只载一名航天员，上升1号载三人，2号载二人。联盟1、3号载一人，联盟4～11号有的载二人，有的载三人。联盟12号以后都是载二人，联盟T-3号又能载三名航天员。礼炮号是靠联盟号把航天员送上去。联盟35号曾把两名航天员送入礼炮6号，飞行了185天，礼炮-7号两名航天员又创造了211天的最长飞行记录。美国航天员有重复飞行四次的，苏联航天员有重复飞行三次的。有的航天员还进行了出舱活动和在月球上着陆的。在航天中以及返回地面后，对航天员各种生理变化和预防失重不利因素的措施进行了研究，积累了大量资料。
研究失重最好的手段是绕地球轨道飞行。在地面上进行失重研究，必须创造一些模拟失重的实验方法：
❶飞机作抛物线飞行固然可创造失重环境，但失重飞行阶段前、后都必定要伴随超重阶段，这样形成超重、失重因素交替作用，而且失重时间短暂，只有20～30秒，这些都不很理想。但用飞机创造失重环境对训练航天员适应失重环境，协调肌肉动作等仍是有用的措施。
❷长期卧床是模拟低动力环境最常用的方法之一。为了更接近失重条件，还可令人向头部方向倾斜2～6°。长期卧床固然可以使肌肉负荷下降，血液向头部和上身转移，这些都与失重时相似，但它并不是真正的失重。其优点是方法比较简单，且能长期进行实验。
❸浸水是另一种模拟失重影响的方法。让被试者浸泡在特制的盐水槽中，人体处于半躺位置，头部露出水面或使头部也浸没在水中，靠特制的装置呼吸。由于水可产生一定的浮力，以减少重力对人体的影响来模拟失重状态。它与长期卧床实验相比，较短时期的浸泡即可产生比较明显的低动力效应。但此法需要专门设备，且浸水时间延长可引起其他不良反应。
❹为了在地面上模拟月球表面的低重力环境，美国研制了一种吊索及平衡环。它能三面转动及平移活动，可托着人体大部分重量，能作跑步、翻滚及跳跃动作，模拟人在月球表面行走时的动力学特点。