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去年,我國科學家研制的*太空“稱重儀”已隨天宮一號進入太空。作為這次“神九”航天員的實驗項目之一,它即將被使用。我國也將成為第三個能在太空“稱體重”的國家。這臺“稱重儀”有什么特別之處?昨天,記者采訪了其設計者團隊成員,清華大學航空航天學院郝紅偉副研究員。
過去航天員為何不稱重?
在太空中,失去地球引力,人都是飄起來的,稱個體重也太難了。郝紅偉告訴記者,從2006年開始,他們的設計團隊就開始進行研發了,“我自己在地面實驗中都稱了好多次,這次神九航天員應該沒有問題。”
中國航天員已經不止一次飛天了,過去為何從沒進行“稱體重”的實驗呢?他告訴記者,1-3天的短期飛行對航天員體重是無所謂的,過去都是回到地面后再稱。而“神九”的航天員要飛10多天,屬于中期飛行了,而接下來我國載人航天還有30天、60天的飛行任務以及將來太空站長期駐留,這就要對航天員的身體狀況進行隨時的測量。
“工作壓力大不大?睡眠好不好?食物營養夠不夠?鍛煉有沒有效果?”郝紅偉解釋說,這些人體健康狀況都能夠表現在體重的變化上。
讓航天員產生加速度
目前,只有美國和俄羅斯擁有各自獨立研制的這種“稱重儀”。而郝紅偉說,我國的“太空秤”采用的是基于牛頓第二定律的線性加速法。“就是依靠測量加速度和拉力來計算人體重量。”他解釋。
據介紹,美國的“太空秤”是將航天員固定在座椅上,座椅和人一起做機械震蕩。通過測量振動周期計算出航天員的質量;而俄羅斯的不僅可以測量人體重量還能對小的實驗品稱重,用的也是振動原理,讓航天員與頂端的振蕩部件相連接。不過,使用振蕩技術的話,會在測量體重時有不適應的感覺。
他解釋說,牛頓第二定律指出物體的加速度等于物體所受外力和質量的比值,如果要測量航天員的體重,只需要使航天員產生加速運動,再測出其受外力和加速度就可以了。
“太空秤”小巧而實用
在天宮一號里面,“太空秤”外觀看上去像飛船艙壁上的一個箱子,使用時拉開它,航天員坐在桿子上,利用四肢勾住支架,然后機械機構產生外力拉動航天員,而電子儀器測出加速度,zui后直接計算體重。
俄羅斯的“太空秤”僅運動部件就重達7千克,整體功耗高達50瓦,而美國的空間站,“太空秤”整體不會低于20千克,并且使用了電磁鐵,功耗也很大。目前天宮一號空間還比較小,我國的“太空秤”的格局,是根據實際情況來設計的。耗電和占用空間都不大。