離心機在航天工業(yè),特別是對于飛行員,宇航員有很大影響,宇航員訓練過程,適應超重力加速度反映,重力加速度,這些就是依賴離心機來完成的。

1.      超重模型     
重力（g）是宇宙中兩個物體間的一種引力，其值可從零到無窮大。例如月球上的重力為０.１７ｇ，火星上是０.３ｇ,地球是１ｇ， 離心機可產(chǎn)生大于１個ｇ的重力。使用超高速離心器則可以產(chǎn)生103105g的力。航天器在進入200英里（321.8公里）高度的地球軌道時，其重力相當于在地球表面的95％，但由于飛船的向心加速度抵消了地球引力，以致于圍繞地球運動的飛船上的物體處于10-2～10-5個ｇ的重力狀態(tài)。航天器從發(fā)射-飛行-返回的過程中，經(jīng)受了超重 -微重力-超重的重力變化。為了把航天器射入不同的軌道，一般采用多級運載火箭的方法，每級運載火箭都會產(chǎn)生一定的加速度，形成不同ｇ值的超重。早期的火箭形成７～８ｇ的超重，新式的火箭低于５ｇ，航天飛機發(fā)射時的峰值控制在３ｇ左右。航天器在返回的過程中，也遇到超重作用，早期的超重峰值控制在１０ｇ以上，新型的航天器的峰值降低為５～７ｇ，航天飛機的超重值控制在２ｇ以內(nèi)。

在航天飛行過程中，生活在航天器中的動物、植物和人也會受到超重和失重的影響。地球上的生物在1g的環(huán)境中進化，它們已經(jīng)形成了適應1g重力環(huán)境的組織結(jié)構(gòu)。當植物和動物進入另一個重力環(huán)境時，它們必須再次適應新的重力環(huán)境。它們對重力的響應和重力之間的關(guān)系可以是線性或數(shù)學函數(shù)。為了適應新的重力環(huán)境，生物體中適應1g的組織結(jié)構(gòu)會在超重或低重力環(huán)境中發(fā)生紊亂或退化。宇航員在飛行中出現(xiàn)的心血管功能障礙、肌肉萎縮和骨質(zhì)疏松就是一個很好的例子。當生物體適應新環(huán)境后再回到地面1 g，就會出現(xiàn)不適應反應，需要一段時間的重新調(diào)整。因此，有必要研究重力變化對生物的影響，尤其是微重力。同時，這項研究對于理解重力在生物進化中的作用也具有重要的理論意義。

研究1g以上的重力很容易，在地球上使用不同類型的離心機就可以實現(xiàn)。在地球上不可能長時間研究1g以下的引力，我們只能離開地球，去太空實驗室，或者去地球下面有引力的行星(比如月球、火星)。然而，在太空中進行許多生物學研究是不現(xiàn)實的。主要原因有:

（１）在太空中進行生物學研究的費用很高，每次飛行的任務也很多，不可能專門進行生物學和醫(yī)學的研究。
（２）航天過程中除微重力因素外，還有超重、振動、噪聲、輻射、艙內(nèi)氣體環(huán)境、有害物質(zhì)等對被測對象都有影響，影響實驗結(jié)果的分析。
（３）生物體、尤其是人的個體差異大，需進行多次重復實驗才能發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性。同時，需要研究的項目很多。在航天中不可能進行這么多的研究。
（４）每項研究需要有此學術(shù)領(lǐng)域的專家參加，并有各種專門的科學儀器，航天中不具備此條件。 因此，在地面上建立模擬重力變化的模型是十分必要的。

地面建立的模擬航天過程中超重和微重力的模型有助于實現(xiàn)以下目的：
（１）了解生物體中的哪些系統(tǒng)是感受重力的，
確定它們的閾值、適應重力變化的機制、適應的能力和適應時間。
（２）預測已適應超重和低重力的機體是如何重新適應１ｇ環(huán)境的。
（３）提出預防措施以減輕在重新適應１ｇ的環(huán)境時會發(fā)生的潛在問題 

離心機可以用來實現(xiàn)地球上的超重。平行于地面的離心力是離心機的向心加速度產(chǎn)生的，與重力形成直角三角形的兩邊，合力是離心機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的重力。因此，1.5g的向心加速度可以產(chǎn)生1.8g的合力，4g的向心加速度可以產(chǎn)生4.1g的合力..離心機由動力系統(tǒng)、中心轉(zhuǎn)軸和剛性轉(zhuǎn)臂組成(圖1)。離心機的臂長從1米到8米不等。離心機的臂長與轉(zhuǎn)速有關(guān)，臂越長，轉(zhuǎn)速越低。短臂可以產(chǎn)生高g值。但如果短臂中的受試者個子很高，身體不同部位受到的離心力會有所不同，對受試者的影響因素也會比較復雜。因此，短臂離心機一般用于小型動植物。根據(jù)不同的實驗目的，可以建造不同尺寸和形式的離心機。有些離心機可以根據(jù)不同的試驗要求，改變連接臂上的艙室位置，產(chǎn)生不同的重力，而其他離心機只能固定在機械臂末端，提供比重。

離心機的座艙一般可以在臂上自由轉(zhuǎn)動，以保持重力分量在地球重力的方向上。有的離心機的座艙本身就可以改變方向，以適應特殊的實驗要求。美國航宇局一研究中心有一套離心機，它包括前庭研究專用離心機（ＶＲＦ，有兩個０.８米長的臂，可在３個軸上旋轉(zhuǎn)），人用離心機（臂長７.６米）和旋轉(zhuǎn)屋（臂長８.１２５米）。ＶＲＦ離心機用于研究一些復合因素對小動物如貓、猴子、鳥、魚的影響。在ＶＲＦ離心機上可進行數(shù)小時至數(shù)天的實驗。其它的動物離心機主要用來研究超重環(huán)境下嚙齒動物的適應性反應，以及為一些太空試驗提供超重條件。

人體離心機主要用于研究航天歸來、臥床后處于超重狀態(tài)的人的生理反應和感受的變化，也可用于航天員超重耐力的選擇和訓練。人體離心機的測試時間通常不超過一小時。被測生物抵抗超重的能力與其自身質(zhì)量成反比。植物、昆蟲和嚙齒動物比人類更能承受重力。比如，小苗、幼株在30 ~ 40 g的環(huán)境中，很容易堅持10分鐘，結(jié)構(gòu)上沒有明顯變化，甚至幾百g也不會對植株結(jié)構(gòu)造成明顯的損傷；老鼠只能承受15 g重力10分鐘，如果重力達到20 g，就會全部死亡；人在頭盆方向的耐力只有4 ~ 5g，時間在10秒左右。

人體離心機主要用于研究航天歸來、臥床后處于超重狀態(tài)的人的生理反應和感受的變化，也可用于航天員超重耐力的選擇和訓練。人體離心機的測試時間通常不會不超過一小時。被測生物抵抗超重的能力與其自身質(zhì)量成反比。植物、昆蟲和嚙齒動物比人類更能承受重力。比如，小苗、幼株在30 ~ 40 g的環(huán)境中，很容易堅持10分鐘，結(jié)構(gòu)上沒有明顯變化，甚至幾百g也不會對植株結(jié)構(gòu)造成明顯的損傷；老鼠只能承受15 g重力10分鐘，如果重力達到20 g，就會全部死亡；人在頭盆方向的耐力只有4 ~ 5g，時間在10秒左右。

2. 加速度生理實驗室
 
     始建于1988年，屬于“211工程”、“2110工程”及“三重建設”項目。自建成以來，承擔了國家自然科學基金、國家863-2基金及軍隊醫(yī)藥衛(wèi)生基金等多項科研任務，還承擔我校空軍臨床醫(yī)學專業(yè)本科生（《航空航天生物動力學》）和航空航天醫(yī)學專業(yè)碩士研究生、博士研究生三個層次的教學實習任務，已培養(yǎng)博士和碩士多名。
 
 實驗室擁有動物離心機、雙動力人體短臂離心機、多功能旋轉(zhuǎn)床、三維滾輪、抗荷動作訓練器、人工動力下體負壓訓練艙等特色大型設備，還擁有下體負壓褲、自行下體負壓訓練器等專項設備。實驗室配備有完善的微機化多功能生理記錄儀、心電、血壓和血氧飽和度監(jiān)測設備，以及腦血流和心功能監(jiān)測設備，可進行無創(chuàng)逐跳血壓、心功能和心率監(jiān)測、腦血流多普勒監(jiān)測、基本生理信號遙測和心率變異性分析等工作。

該室具有七大功能：
①前庭功能訓練；
②立位耐力功能評價；
③推拉效應的模擬及評價；
④航天體液轉(zhuǎn)移地面預適應的評價；
⑤抗荷動作模擬訓練；
⑥抗荷生理訓練；
⑦人工重力生理訓練。

該實驗室整體達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

主要研究方向為加速度生理學。在航空醫(yī)學方面開展了超重生理學研究，主要進行了高G致意識喪失的發(fā)生機理及其監(jiān)測、高性能戰(zhàn)斗機飛行員高G防護措施的研究，
①建立了快速下體負壓模擬G-LOC的大鼠模型，為深入研究G-LOC的機理提供了一個有用的動物模型。首次提出以頸總動脈血流量降為零作為動物發(fā)生意識喪失的監(jiān)測指標。
②系統(tǒng)地揭示了高G暴露后大鼠學習記憶功能和腦皮層神經(jīng)元形態(tài)學改變的性質(zhì)、時程及其恢復情況。
③提出了高G致腦損傷和學習記憶障礙的多重機制假說：即高G暴露引起的腦缺血是導致腦損傷和學習記憶障礙的主要原因，其生物化學及分子生物學機制涉及腦能量代謝降低、腦離子平衡紊亂、血腦屏障通透性增加、腦一氧化氮合酶和c-fos表達增加及HSP70的保護作用；顱內(nèi)壓力劇烈變化和應力增加是高G致腦損傷的重要因素之一；血液流變學特性改變在高G致腦損傷中起一定作用。
④提出低G預適應對高G所致的腦損傷和學習記憶障礙具有保護作用。
⑤提出了高性能戰(zhàn)斗機飛行員下體負壓抗荷訓練方案。
⑥建立了仿真立位應激下心血管系統(tǒng)反應的數(shù)學模型對指導飛行員訓練；在航天醫(yī)學研究方面主要開展了失重生理學研究，主要進行了中長期失重的生理影響及防護措施的研究，闡明了模擬失重致立位耐力不良的機理涉及心血管功能改變、腦血流降低及內(nèi)分泌改變等，首次提出了我國載人航天飛行時航天員下體負壓對抗方案，應用所建立的模型對航天飛行后心血管功能失調(diào)的機理問題進行了仿真研究，為我國載人航天飛行時航天員的醫(yī)學保障提供了實驗依據(jù)。
以上部分研究成果達到國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進水平。

為了克服長期失重對人機體的影響，最有效的方法是給載人航天器設置人工重力。 前蘇聯(lián)在“宇宙”系列生物衛(wèi)星上的研究結(jié)果表明，人工重力可以有效防止失重對人的生理系統(tǒng)的影響。 但是，在宇宙飛船離心機中的小鼠中，觀察到了動物大腦皮質(zhì)的作用下降，大腦相關(guān)區(qū)域特別是運動區(qū)域的蛋白質(zhì)代謝受到抑制，同時動物半規(guī)管的敏感性和反應能力也下降。 這可能是因為離心機的臂太短，轉(zhuǎn)速太快。

高速離心機中的人也會產(chǎn)生一些前庭器官的反應和幻覺。因此，在設計人工重力環(huán)境時，必須考慮離心機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)半徑對人體的影響，旋轉(zhuǎn)半徑和旋轉(zhuǎn)速度之間的邏輯對應，以及將副作用降低到可接受的水平的自適應訓練。人工重力保護措施的設計與驗證，除了進行人體實驗之外，還需要進行空間動物實驗。

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