[发明专利]零（微）重力条件下的仿重力穿戴设备及相关配套设施

说明书

技术领域：

本发明涉及航天生物医学技术。

背景技术：

众所周知，航天领域里的宇航员在零重力或微重力条件下的长期生活和工作，都迂到重大的适应与健康问题。据英国《卫报》网站2016.10.25报道，宇航员在长期太空飞行期间，会长高一两英时(1英时约等于2.54厘米)，但肌肉会严重萎缩。由于在微重力或零重力条件下，脊柱不承受体重压迫，导致脊柱周围小块肌肉萎缩。经过4到7个月飞行后，核磁共振成象扫描表明，宇航员脊柱周围肌肉横截面平均萎缩19％，回到地面一到两个月后，萎缩的肌肉只恢复2/3。由于椎旁肌肉与脊柱相连，负责控制每块骨头运动，支撑脊柱和避免侧弯。故此，微重力和零重力下的太空飞行，导致肌肉萎缩和背痛，可能阻碍未来探索火星的长途太空飞行任务的成功完成。目前，人们试图通过有计划的太空运动训练(例如瑜伽、跑步)，来克服这个不可小觑的大问题。

另外，资料显示，前苏联和俄罗斯的和平号空间站，采用了仿地面的地板、侧面墙和天花板设计，不过，和平号显然也没有解决零(微)重力条件对宇航员适应和健康造成的严重问题。

又：据《参考消息》2016.11.14报道，俄罗斯正在研制的国际空间站太空舱，将安装离心机来制造人造重力。显然，这是个雄心勃勃的远景规划。但是，这将需要小型核反应堆提供动力，使环形太空舱高速旋转以获取相当于地球重力加速度G的离心加速度。它将需要巨大投资以建设巨无霸的空间站，未来数十年也难以实现。此外，通往火星等星球的长期旅行，所乘火箭或飞船，也只能採较小的容积空间，不可能采用俄罗斯的用离心机来制造人工重力的设计构想。

基于上述技术背景，本发明试图设计目前实用、而且今后许多年也实用于空间站和火箭、飞船的仿重力穿戴设备和相关配套设施，为宇航员的长期太空飞行部分创造人工重力环境，在一定程度克服困扰人类太空旅行的微重力、零重力条件对人的生理和心理健康造成的严重损伤的国际难题，并把此发明移用到引力比地球小的月球与火星的人类永久建筑的居住环境中去，也可移用到空间站和飞船、火箭用的智能机器人及其它物品上去，开启人类太空探索和旅行的人工仿重力时代。

发明内容：

为克服空间站、飞船、火箭等航天器零(微)重力条件下，宇航员长期太空飞行给人体生理、心理健康造成的严重负面影响，本发明提出零(微)重力条件下的仿重力穿戴设备及相关配套设施构想，即依据宇航员人体的头、胸、腹、臀部、上肢、下肢所承受地球重力，在零(微)重力条件下用弹性材料张力或电磁力等，制造将头、胸、腹、臀部及四肢包括在内的仿重力穿戴设备(仿重力宇航服、仿重力电磁靴、仿重力卧床)，最大限度提供仿重力活动条件，一定程度排除长期太空飞行零(微)重力条件对宇航员生理、心理健康造成的严重损害。此外，本发明也适用于火星、月球等比地球引力小的居住环境下的宇航员，在长期小重力条件下的健康生活；也可移用到空间站和飞船、火箭内使用的智能机器人与其它物件上。

本发明需先确定宇航员人体头、胸、腹、臀部、四肢的质量分布。理论上可以用直角坐标中的三重积分，来确定人体自头部到身体各部横断面的累加质量，或相邻两个横断面之间的人体局部累加质量；再依据人体不同活动状态，确定人体各部实际受力情况。但是，由于人体是个不断与外界进行物质与能量交换，同时体内又不断进行代谢的生命系统，因此，事实上，头、胸、腹、臀部和四肢的质量(或重量)是随时间和人体活动状态不断变化的，不存在不变的准确测量数据或计算数据。而要满足本发明仿重力条件，也不需要相关头、胸、腹、臀部及四肢的精确质量(或重量)数据，只需要近似数据。例如，把人体简化为一个均质个体，那么，用水箱测得头、胸、腹、臀部、四肢的各部容积，就可求得简化的、近似的头、胸、腹、臀部、四肢的质量。更好的方法是，利用全身CT扫描，测得头、胸、腹、臀部和四肢的骨骼与其它实体(肌肉、脏器、内含实质物等)的容积大小，再依据骨骼、肌肉、脏器、内含实质物等的估计平均比质(单位容积质量)，求得更好的头、胸、腹、臀部、四肢的近似质量。然后再依据人体不同活动状态，确定各部位的承受重力状况。(参见图7)