航天重力生理学

载人航天中，人将遇到重力的剧烈变化。为了将飞船送入绕地轨道，必需使它具有大约每秒7.9km的速度，而为了获得这一速度需要有大约806G×s的加速。如果要进入更高的轨道，所需加速也要相应地增加。

进入不同轨道所需的加速度与时间条件

轨 道	速 度 (km/s)	加速×时间 (G×s)
绕 地 脱离地球 脱离太阳系	7.9 11.2 16.7	806 1143 1704

发射宇宙飞船所用的运载工具目前多为多级火箭。由于飞船和火箭的整体重量极大，开始时第一级火箭只能以很小的加速推动它上升。随着燃料的消耗重量逐渐减小，加速逐渐增大，直到第一级火箭燃烧完毕。然后第二级火箭开始点火到燃烧完毕又重复一次由低到高的加速过程。第三级火箭又依同样的规律重复一次加速过程(见图1)。此时顶部的飞船已被加速到所需的速度。多数情况下每级火箭的加速时间大约为100秒左右，加速的峰值约6～8G。这时处于飞船内的人体受到躺椅的推动也将被同样地加速，因而人体将处于超重状态(参见“重力生理学”)。

图1 三级运载火箭的加速曲线

进入轨道以后，运载火箭已经脱离，又无空气阻力作用，飞船将沿轨道方向匀速运行，惯性离心力与地球对它的引力恰好相等，又无其它外力作用，故处于失重状态。失重持续的时间视任务的需要而定，最初的亚轨道弹道飞行只有15分钟，而1982年12月10日返回地面的苏联礼炮-7号空间站中的航天员已在失重状态停留长达211天。
轨道飞行任务完成后返回地面时，一般是先降低轨道高度，然后利用空气的阻力使飞船减速到可以安全回收的速度。减速过程中人又将遇到很高的超重(见图2)，其持续时间和峰值视再入角的大小及飞船的气动力外形的不同而异，约需要200秒左右，超重峰值约8～10G。
重力是一个矢量。由于人体结构的特点，重力作用方向不同产生的影响也将不同。在航空条件下飞机座舱内飞行员取坐姿，重力作用方向主要是头→足，即+G_z。这个方向的重力对心血管系统的影响最明显，因而人的耐力不高，一般为4g左右，这远远不能适应航天的需要。载人航天的方案一般都是将飞船放在运载火箭的顶端，舱体的纵轴与火箭纵轴一致。发射时，人在舱内取仰卧姿势(见图3)。这样，起飞加速时的超重是胸→背向的，即+G_x。进入轨道以后飞船尖端朝向前方，并处于失重状态，人的姿势可不考虑。返回时，先使飞船转向，底部朝向前方，开动反推火箭以降低飞船速度和轨道高度。进入大气层时飞船仍为底部朝前，由气动减速而产生的重力对人体来说也仍为+G_x。这样的安排既可以适合航天员在轨道上工作的方便又可以使人体处于承受重力作用的有利体位。

图2 飞船再入大气层时的减速曲线

图3 人在舱内的姿势图