在地球上，體重秤是我們司空見(jiàn)慣的測(cè)量工具，簡(jiǎn)單而便捷地就能獲取體重?cái)?shù)據(jù)。然而，當(dāng)場(chǎng)景切換到太空，那微重力的奇妙環(huán)境讓傳統(tǒng)的測(cè)量方式瞬間黯然失色，失去了用武之地。在微重力的籠罩下，物體仿佛掙脫了重力的枷鎖，傳統(tǒng)體重秤所依賴的重力作用原理化為泡影，使得我們無(wú)法再像在地球上那樣輕松地測(cè)量航天員的 “體重”。這一困境猶如一座巍峨大山，橫亙?cè)诤教炜茖W(xué)家們面前，亟待攻克。

但人類的智慧之光從未熄滅，為了跨越這一障礙，科學(xué)家們腦洞大開(kāi)，精心研制出一種特殊的 “太空體重秤”—— 質(zhì)量測(cè)量?jī)x。這款神奇的儀器宛如一把精密的鑰匙，專門用來(lái)開(kāi)啟太空微重力環(huán)境下身體質(zhì)量測(cè)量的大門。它以牛頓第二定律為堅(jiān)實(shí)基石，巧妙地通過(guò)測(cè)量力與加速度的關(guān)系，成功地繞開(kāi)了微重力帶來(lái)的困擾，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航天員身體質(zhì)量的精準(zhǔn)測(cè)定。這一創(chuàng)舉不僅彰顯了人類在航天科技領(lǐng)域的卓越智慧，更為航天員在太空中的健康監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，成為他們漫漫太空之旅的健康守護(hù)天使。

01

質(zhì)量測(cè)量原理：牛頓定律的太空應(yīng)用

質(zhì)量測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)原理深植于牛頓第二定律的肥沃土壤之中，即力等于質(zhì)量乘以加速度（F = ma）。這一經(jīng)典的物理定律在地球上早已被廣泛應(yīng)用，而在太空微重力環(huán)境下，它則煥發(fā)出了新的生機(jī)與活力，成為解決航天員身體質(zhì)量測(cè)量難題的關(guān)鍵法寶。

當(dāng)航天員使用質(zhì)量測(cè)量?jī)x時(shí)，整個(gè)過(guò)程宛如一場(chǎng)精心編排的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。航天員首先會(huì)被穩(wěn)穩(wěn)地固定在一個(gè)特制的支架上，宛如被鑲嵌在精密儀器中的寶石，確保身體的各個(gè)部位都處于恰當(dāng)?shù)奈恢谩ｋS后，一個(gè)恒力機(jī)構(gòu)猶如一位精準(zhǔn)的施力使者，施加一個(gè)已知的恒力，如同輕輕一推，使航天員在微重力環(huán)境下開(kāi)啟勻加速直線運(yùn)動(dòng)的奇妙旅程。在這一過(guò)程中，儀器宛如一位敏銳的觀察者，通過(guò)高精度的傳感器精確測(cè)量航天員運(yùn)動(dòng)的位移、速度和時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，猶如捕捉星辰的軌跡一般?；谶@些測(cè)量數(shù)據(jù)，儀器便能運(yùn)用牛頓第二定律這一神奇公式，如同魔法咒語(yǔ)一般，計(jì)算出加速度，進(jìn)而推算出航天員的身體質(zhì)量。

例如，在某次太空實(shí)驗(yàn)中，航天員被固定在質(zhì)量測(cè)量?jī)x支架上后，恒力機(jī)構(gòu)施加了一個(gè)特定大小的力，使得航天員開(kāi)始勻加速直線運(yùn)動(dòng)。儀器精確記錄下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位移變化以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間，通過(guò)復(fù)雜而精密的計(jì)算，得出了準(zhǔn)確的加速度數(shù)值。再結(jié)合已知的恒力大小，最終成功計(jì)算出航天員的身體質(zhì)量，為其健康狀況評(píng)估提供了關(guān)鍵依據(jù)。這種基于牛頓第二定律的測(cè)量方法，猶如一座穩(wěn)固的橋梁，成功地連接起微重力環(huán)境與身體質(zhì)量測(cè)量之間的鴻溝，讓看似不可能的任務(wù)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

02

太空稱重設(shè)備大賞：SLAMMD 與 BMMD

在國(guó)際空間站這片人類探索太空的前沿陣地上，配備了兩款令人矚目的太空稱重設(shè)備 ——SLAMMD（線性加速度質(zhì)量測(cè)量裝置）和 BMMD（體質(zhì)量測(cè)量裝置），它們宛如兩顆璀璨的科技明珠，各自散發(fā)著獨(dú)特的光芒，為航天員的身體質(zhì)量測(cè)量提供了精準(zhǔn)而可靠的解決方案。

（一）SLAMMD：彈簧與加速度的精妙協(xié)作

SLAMMD 是由 NASA 精心研發(fā)的一款高科技設(shè)備，其設(shè)計(jì)理念巧妙地融合了彈簧與加速度測(cè)量的精髓，宛如一場(chǎng)物理與工程的完美舞蹈。它以牛頓第二定律為靈魂，通過(guò)一個(gè)特殊的彈簧裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)測(cè)量過(guò)程。當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，彈簧猶如被喚醒的精靈，瞬間釋放出蓄積的力量，推動(dòng)航天員產(chǎn)生加速度。在這一過(guò)程中，宇航員的雙腿會(huì)被穩(wěn)穩(wěn)地固定在設(shè)備的支撐架上，身體則如同躺在舒適的搖籃中，與腹部墊緊密接觸，確保受力均勻且穩(wěn)定。

與此同時(shí)，設(shè)備中的光學(xué)傳感器宛如一雙雙銳利的眼睛，全神貫注地監(jiān)測(cè)著航天員的加速度變化，不放過(guò)任何一個(gè)細(xì)微的波動(dòng)。這些傳感器將采集到的加速度數(shù)據(jù)迅速傳輸給內(nèi)置的計(jì)算系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜而高效的計(jì)算，最終精準(zhǔn)地得出航天員的身體質(zhì)量。SLAMMD 的測(cè)量精度極高，誤差被嚴(yán)格控制在 0.2 千克以內(nèi)，猶如一位技藝精湛的工匠，雕琢出的每一個(gè)數(shù)據(jù)都近乎完美。這一卓越的精度使得它在航天員的健康監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)航天員身體的細(xì)微變化提供了有力保障。

（二）BMMD：振動(dòng)頻率中的質(zhì)量密碼

與 SLAMMD 不同，BMMD 則另辟蹊徑，采用了一種獨(dú)特的測(cè)量方法，依賴于宇航員在設(shè)備上 “跳躍” 所產(chǎn)生的振動(dòng)模式來(lái)揭開(kāi)身體質(zhì)量的神秘面紗。這款由俄羅斯提供的設(shè)備安裝在空間站的澤夫茲達(dá)模塊中，宛如一位沉默而可靠的守護(hù)者。

當(dāng)宇航員站在 BMMD 上并開(kāi)始上下跳動(dòng)時(shí)，整個(gè)設(shè)備仿佛被注入了生命的活力，開(kāi)始有節(jié)奏地振動(dòng)起來(lái)。奇妙的是，設(shè)備的振動(dòng)頻率與宇航員的體質(zhì)量之間存在著一種反比例關(guān)系，即體質(zhì)量越大，振動(dòng)頻率越慢，反之亦然。就如同宇宙中的天體運(yùn)行遵循著特定的規(guī)律一樣，BMMD 精確地捕捉著這種振動(dòng)頻率的變化，通過(guò)內(nèi)置的高精度傳感器和先進(jìn)的計(jì)算算法，如同破解密碼一般，估算出宇航員的身體質(zhì)量。這種獨(dú)特的測(cè)量方式雖然與 SLAMMD 截然不同，但同樣在太空身體質(zhì)量測(cè)量領(lǐng)域占據(jù)著重要的一席之地，為航天員的健康監(jiān)測(cè)提供了多樣化的選擇。

03

質(zhì)量測(cè)量對(duì)航天員的重要性：健康的精準(zhǔn)標(biāo)尺

在那看似平靜的微重力環(huán)境背后，實(shí)則隱藏著諸多對(duì)航天員身體健康的潛在威脅，猶如暗流涌動(dòng)的宇宙之海。長(zhǎng)期處于太空中，航天員的身體如同在經(jīng)受一場(chǎng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，骨骼和肌肉會(huì)逐漸出現(xiàn)萎縮現(xiàn)象，仿佛失去了地球引力的滋養(yǎng)而變得脆弱。研究數(shù)據(jù)令人揪心，航天員每個(gè)月大約會(huì)失去 1% 的骨密度，肌肉力量也會(huì)隨著時(shí)間的推移而緩緩衰退，甚至心臟功能也難以幸免，會(huì)受到不同程度的影響。

在這樣的背景下，定期測(cè)量身體質(zhì)量猶如一座明亮的燈塔，為航天員的健康保駕護(hù)航，成為監(jiān)測(cè)其健康狀況的關(guān)鍵手段。通過(guò)精準(zhǔn)測(cè)量身體質(zhì)量，航天員和地面指揮中心能夠如同敏銳的探險(xiǎn)家發(fā)現(xiàn)細(xì)微的地貌變化一般，及時(shí)察覺(jué)身體的微妙變化。這些變化不僅僅是簡(jiǎn)單的數(shù)字波動(dòng)，更像是身體發(fā)出的健康信號(hào)，反映著鍛煉效果、營(yíng)養(yǎng)攝入是否均衡以及是否存在潛在的健康隱患等重要信息。

例如，如果航天員的身體質(zhì)量出現(xiàn)異常下降，可能意味著鍛煉強(qiáng)度過(guò)大或者營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充不足，需要及時(shí)調(diào)整鍛煉計(jì)劃或飲食結(jié)構(gòu)；反之，如果質(zhì)量異常上升，則可能暗示著身體出現(xiàn)了其他問(wèn)題，如體液潴留等，需要進(jìn)一步深入檢查和分析。因此，質(zhì)量測(cè)量數(shù)據(jù)就像是一份詳細(xì)的健康報(bào)告，為航天員的日常健康管理提供了科學(xué)依據(jù)，幫助他們?cè)谔者@片特殊的環(huán)境中更好地照顧自己，確保能夠順利完成各項(xiàng)艱巨的任務(wù)，并最終安全返回地球的懷抱。

04

中國(guó)太空質(zhì)量測(cè)量?jī)x的發(fā)展歷程：從追趕到超越

在中國(guó)載人航天事業(yè)的輝煌征程中，太空質(zhì)量測(cè)量?jī)x的發(fā)展猶如一部波瀾壯闊的史詩(shī)，見(jiàn)證了中國(guó)航天人從不懈追趕到勇于超越的偉大歷程。

（一）第一代質(zhì)量測(cè)量?jī)x：開(kāi)拓之路

2006 年，在航天員科研訓(xùn)練中心的殷切期望與引領(lǐng)下，湖北三江航天險(xiǎn)峰電子信息有限公司攜手清華大學(xué)，如同兩位勇敢的開(kāi)拓者，踏上了質(zhì)量測(cè)量?jī)x的研制征程。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)日夜的艱苦奮戰(zhàn)與精心雕琢，2010 年 3 月，首套質(zhì)量測(cè)量?jī)x終于橫空出世，宛如一顆新星在航天科技領(lǐng)域嶄露頭角。

隨后，它在航天舞臺(tái)上頻頻亮相，展現(xiàn)出中國(guó)航天人的智慧與實(shí)力。2011 年 9 月，質(zhì)測(cè)儀首次搭載 “天宮一號(hào)” 目標(biāo)飛行器一飛沖天，開(kāi)啟了中國(guó)太空質(zhì)量測(cè)量的新紀(jì)元。在神舟九號(hào)任務(wù)中，三名航天員親身體驗(yàn)并成功完成了對(duì)人體、食品包、冷凝水箱等物品的質(zhì)量測(cè)試，充分驗(yàn)證了其在太空環(huán)境中的可靠性與實(shí)用性。而在神舟十號(hào)任務(wù)期間，“太空教師” 王亞平更是在全球觀眾的矚目下，在首次太空授課中詳細(xì)講解并精彩展示了該儀器的工作原理和操作流程，讓全世界都領(lǐng)略到了中國(guó)航天科技的魅力與風(fēng)采。這一系列的成就標(biāo)志著中國(guó)第一代質(zhì)量測(cè)量?jī)x在太空探索領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)而有力的步伐，為后續(xù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）第二代質(zhì)量測(cè)量?jī)x：創(chuàng)新升級(jí)

隨著空間站時(shí)代的豪邁來(lái)臨，對(duì)質(zhì)量測(cè)量?jī)x提出了更高的要求與挑戰(zhàn)。中國(guó)航天人毫不畏懼，迎難而上，開(kāi)啟了第二代質(zhì)量測(cè)量?jī)x的創(chuàng)新升級(jí)之旅。在這一過(guò)程中，科研團(tuán)隊(duì)猶如一群智慧的工匠，對(duì)測(cè)量?jī)x進(jìn)行了全方位的精心打磨與優(yōu)化。

他們提高了測(cè)量精度，讓數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)可靠，仿佛為航天員的健康監(jiān)測(cè)裝上了一雙更加銳利的眼睛；增強(qiáng)了測(cè)量穩(wěn)定性，使其在復(fù)雜多變的太空環(huán)境中依然能夠穩(wěn)定運(yùn)行，宛如一座屹立不倒的燈塔；優(yōu)化了測(cè)量和標(biāo)定算法，如同為儀器注入了更加聰明的大腦，使其計(jì)算更加高效準(zhǔn)確；升級(jí)了軟件系統(tǒng)，提升了儀器的智能化水平和操作便捷性，讓航天員能夠更加輕松地使用；改進(jìn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并融入了工效學(xué)理念，不僅使儀器的結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固耐用，還充分考慮了航天員的使用體驗(yàn)，讓他們?cè)跍y(cè)量過(guò)程中感受到更加舒適和便捷。

第二代質(zhì)量測(cè)量?jī)x搭載天和核心艙成功升空，圓滿完成了神舟十二號(hào)至神舟十六號(hào)乘組在軌期間的質(zhì)量測(cè)量任務(wù)，以卓越的性能贏得了航天員們的高度贊譽(yù)和信賴。它的成功研制與應(yīng)用，標(biāo)志著中國(guó)在太空質(zhì)量測(cè)量領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大突破，技術(shù)水平達(dá)到了一個(gè)新的高度，與國(guó)際先進(jìn)水平的差距進(jìn)一步縮小，彰顯了中國(guó)航天在自主創(chuàng)新道路上的堅(jiān)定決心和強(qiáng)大實(shí)力。

（三）“質(zhì)二代” 再優(yōu)化：追求極致

在追求卓越的道路上，中國(guó)航天人永不止步。2023 年 9 月，險(xiǎn)峰公司再次對(duì)質(zhì)測(cè)儀進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，并將其交付使用。這次優(yōu)化聚焦于細(xì)節(jié)之處，對(duì)四連桿和人體支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精心優(yōu)化，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，使其如同披上了一層堅(jiān)固的鎧甲，能夠更好地應(yīng)對(duì)太空環(huán)境的挑戰(zhàn)；在人體支架的末端加裝了防滑套，增加了對(duì)人體姿態(tài)的約束，如同為航天員的測(cè)量過(guò)程系上了一道安全繩，提高了測(cè)試的精度和穩(wěn)定性；同時(shí)在外觀上，給質(zhì)測(cè)儀涂上了濃烈而醒目的寶藍(lán)色，不僅使其在太空課堂上展示時(shí)更加引人注目，也體現(xiàn)了中國(guó)航天人對(duì)美學(xué)與科技融合的追求。

2024 年 1 月，優(yōu)化后的 “質(zhì)二代” 搭乘天舟七號(hào)貨運(yùn)飛船順利抵達(dá)空間站，先后為神舟十七號(hào)和神舟十八號(hào)航天員提供了優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。根據(jù)航天員們的反饋，改進(jìn)后的設(shè)備在測(cè)量精度、穩(wěn)定性、操作效率和使用舒適度等方面都有了顯著提升，宛如一位貼心的伙伴，陪伴著航天員們?cè)谔盏拿恳粋€(gè)日夜。這一系列的優(yōu)化升級(jí)舉措充分體現(xiàn)了中國(guó)航天人對(duì)技術(shù)精益求精的執(zhí)著追求，以及對(duì)航天員生命健康的高度重視，也為中國(guó)未來(lái)的載人航天事業(yè)發(fā)展奠定了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

從第一代到第二代再到 “質(zhì)二代” 的不斷優(yōu)化，中國(guó)太空質(zhì)量測(cè)量?jī)x的發(fā)展歷程見(jiàn)證了中國(guó)航天事業(yè)的飛速進(jìn)步與崛起。在未來(lái)的太空探索征程中，相信中國(guó)航天人將繼續(xù)秉持創(chuàng)新精神，不斷推動(dòng)航天科技的發(fā)展，為人類探索宇宙的偉大事業(yè)貢獻(xiàn)更多的中國(guó)力量，書寫更加輝煌燦爛的篇章。

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