胸-背向横超重时的防护措施

人体对+G_X的耐力 在胸-背向横超重 (+G_X) 作用下，没有一种像在+G_Z作用时能代表头部血液供应状态的可以明确判断的耐力指标，故只能根据一些主要的生理变化来综合判断。其中最主要的是动脉血氧饱和度降低、心律失常、呼吸困难，胸窝牵扯痛等反应。在此基础上再参考工作效率的改变及一般主观感觉进行综合判断。下表给出比较有代表性的人体离心机实验资料。从表中数字可以看出如果恒定的超重值不超过7G左右，完成绕地轨道所需的806G×秒是不成问题。如果背角稍低，或降低超重值而相应延长作用时间，对人体将更加有利。利用载人离心机对模拟飞船再入大气层时的超重曲线生理影响进行观察的结果表明，当背角为12°或15°时，

背角为25°时，人体对+GX的耐受时间（秒）

G值 时秒 作者	4	6	8	10	12	14	16
Bapep(1963) Clarke(1959)	— 707	653 218	186 60	58 23	28 5	18 —	10 —

人可以耐受总作用时间为170秒、峰值达16.5G，或总作用时间为230秒、峰值为12G的超重，而无明显不良反应。此时人的跟踪动作的准确度将有一定程度降低，但还不致影响完成航天任务。后来的多次载人航天实践表明这些观察是正确的。最初几次的载人航天飞行因自动控制系统还不完善，再入时航天员的手控操纵起了主要作用，并都能很好地完成任务。
挑选和训练 人对+G_x的耐力在个体之间有很大差异。为了完成航天任务，必须对航天员侯选人进行严格挑选和训练。最方便和有效的办法是在载人离心机上进行实验，观察其生理反应和评价其耐力。各国都有自己的标准，但一般对+G_z的耐力不应低于4G，对+G_x的耐力不应低于12G，方能保证顺利完成航天任务。
训练有“特异性”和“非特异性”两类。特异性训练可以藉助载人离心机模拟各种选定的超重曲线按一定程序进行。既可以提高人体的一般耐力，又可以训练在超重作用下完成各项操纵动作的精确度。利用高性能歼击机进行训练也是必不可少的，除去可以提高超重耐力外，也可以全面训练操纵动作的精确度和对周围事物反应的灵活性。非特异性训练主要是对一般体能、特别是心血管储备能力的训练。这可以通过一般体育锻炼，如长、短跑，单、双杠等与腿肌和腹肌有关的运动项目来完成。长期在高山地区生活可以提高心、肺功能的储备能力，对提高超重耐力也有好处。锻炼膈肌的功能使它增强对腹部脏器向上方挤压的对抗作用。可以有效地减少胸窝部牵扯痛从而提高一般耐力。
防护措施 前述情况说明将重力作用的方向由Z轴改为X轴可以基本解决载人航天中的重力影响问题，但它对生理功能仍然有一定影响。有必要采取一些措施尽量减轻其影响。比较切实可行的有下列几种：
❶选择最有利体位。人对+G_x的耐力比对+G_z高，然而完全仰卧位，即背角为0°时的体位并非最有利。此时在Z轴方向的分力完全消除，对头部血压的影响减至最小。但肺部淤血，气体交换障碍及因挤压作用而造成的静脉系统压力升高所致的心律失常等却更加严重。人体实验结果表明：当背角为20°时，7人中有4人在+G_x作用下出现视觉障碍，而无人出现心律失常；当背角为10°时，7人中有3人在+(6～12)G_x作用下出现房性期前收缩，但无人出现视觉障碍；当背角为15°时，在+10G_x作用下全部人员既无视觉障碍又无心律失常。可见15°背角是一个比较有利的体位。实际上已知各型号的载人飞船中采用的躺椅背角大都与此近似。
❷飞船中躺椅的合理设计。确定合理的背角以后，躺椅即按此角度放置，大腿稍抬高，小腿大致水平（见图），根据飞船内的空间尚可作适当调整。躺椅的靠背是承受全身重量的主要部位，在结构上需作适当改进以减轻身体因受压而产生的变形。早期曾试用绷紧的网状结构，虽然防护作用很好，但因不够稳固而未能实际应用。后又试用与人体背部合型的硬质成型椅背，上面敷以海绵状柔软层及适当的蒙皮。这样可以兼有限制身体变形和坚实稳固的优点，并且也可以满足应急救生以及承受冲击性负荷方面的要求。目前飞船内躺椅大都采用这种结构。
❸合理设计控制器有关部件使之尽量少受重力直接影响，并使其可动部分的轴与臂、腕关节相适合。
❹最重要、最根本的是工程技术上改进运载工具的性能以降低其加速过程的峰值。航天技术在这方面已取得很大进步。早期的固体燃料火箭加速度峰值极高，虽然时间很短，也仍超过人体耐受限度。后来发展成功液体燃料火箭，使加速度峰值大大减低，尽管燃烧时间长得多，人却可以顺利的耐受，使载人航天得以实现。最近发展成功的航天飞机所用的助推火箭重又使用了固体燃料，但因解决了复杂的技术问题，加速度峰值只有3G。返回技术的发展更为突出。早期的飞船返回时气动减速度峰值可以超过10G，对于刚刚经历长时间轨道飞行失重影响，超重耐力已明显降低的航天员来说，是一个很大的威胁。后来由于改变了飞船的升阻比，适当地利用了升力，在返回时不但降低了减速度的峰值，同时还减少了落点的偏离，其减速度峰值一般可以减到6～8G，有的甚至不到5G。航天飞机采用了滑翔式返回方案，超重值可以不超过2G，尽管时间很长，但对人体影响很小。可见航天工程技术的发展不仅使航天器的性能大大提高，费用明显降低，同时也能从根本上消除重力因素对人体的不利影响，使一般人都可顺利参加航天旅行。