人工重力（簡體書）

《人工重力》系統地介紹了在航天飛行防護措施探索過程中採用人工重力這一大膽設想，並依據這一設想所開展的相關工作及結果。其中對失重生理學相關內容的系統闡述，對於指導後續的失重防護措施和方法的研究具有重要意義。書中詳實的實驗結果和機理敘述，對科學問題的系統梳理和歸納，不僅可以指導科研人員開展相關的研究工作，對於攻讀航天醫學的研究生是非常好的教材。．

《人工重力》中詳實的實驗結果和機理敘述，對科學問題的系統梳理和歸納，不僅可以指導科研人員開展相關的研究工作，對于攻讀航天醫學的研究生是非常好的教材。

第1章重力概述1.1為什麼要採用人工重力1.2火星任務構想1.3失重的危害1.3.1骨丟失1.3.2肌肉萎縮1.3.3心血管功能失調1.3.4感覺－運動功能失調1.3.5調節生理學1.3.6人的因素1.4火星表面活動1.5現在的對抗措施1.5.1在軌對抗措施1.5.2對抗措施的研究1.6人工重力是一種綜合對抗措施參考文獻第2章人工重力物理學2.1什麼是人工重力2.1.1定義2.1.2如何產生人工重力2.2旋轉產生的人工重力2.2.1重力大小2.2.2重力梯度2.2.3科裡奧利力2.3人的因素考慮2.3.1重力大小2.3.2轉速2.3.3重力梯度2.3.4舒適域2.4設計方法2.4.1連續人工重力：旋轉航天器2.4.2間歇人工重力：內部離心機參考文獻第3章人工重力歷史3.1概念3.1.1人工重力和航天旅行的歷史3.1.2科幻小說3.1.3科學研究3.2人工重力的試驗3.2.1動物飛行試驗3.2.2人類太空經驗3.3地面離心機試驗3.3.1長臂離心機3.3.2短臂離心機3.3.3人力離心機3.4小結參考文獻第4章人工重力的生理學對象：感覺-運動系統4.1感覺-運動系統的結構和功能4.2空間定向4.2.1視覺定向4.2.2感覺重新調整4.2.3“垂直”的感知4.2.4駕駛期間的空間失定向4.3運動病4.3.1感覺衝突模型4.3.2離心機誘發的運動病4.3.3科氏加速度刺激引發的運動病4.4眼動4.4.1離心過程中的眼動4.4.2眼球反轉4.4.3速度存儲4.5頭部及手臂運動，以及物體操作4.5.1微重力環境4.5.2旋轉環境4.6姿態和步態4.6.1重力作用4.6.2人工重力影響4.7結論參考文獻第5章人工重力的生理學對象：心血管系統5.1心血管生理學5.2太空飛行的影響5.2.1飛行期間5.2.2飛行後5.3超重的影響5.3.1超重對肺的急性影響5.3.2超重對體循環的急性影響5.3.3超重對鍛煉肌肉氧獲取的急性影響5.4長臂和短臂離心機5.5短臂離心作為一種對抗措施5.5.1臥床研究5.5.2幹性浸水5.6航天和臥床中其他類似重力的對抗措施5.6.1下體負壓5.6.2臥床期間站立和散步的效應5.7雙人自行車系統5.8結論參考文獻第6章人工重力的生理學對象：神經肌肉系統6.1廢用對肌肉單纖維的影響6.1.1結構6.1.2肌球蛋白重鏈6.1.3收縮特性6.2脫鍛煉和廢用對整個肌肉的影響6.2.1結構6.2.2肌肉構造6.2.3力量和能量6.2.4肌肉能量代謝6.2.5肌肉的易疲勞性6.2.6肌腱機械特性6.2.7肌肉損傷6.2.8神經驅動和肌肉運動能力6.3防護效應6.3.1有氧鍛煉6.3.2阻力鍛煉6.3.3企鵝服6.3.4下體負壓6.3.5電刺激6.3.6人工重力6.4結論參考文獻第7章人工重力的生理學目標：骨的適應過程7.1引言7.2骨生物學基礎7.2.1作為器官的骨7.2.2作為組織的骨7.2.3作為材料的骨7.3骨的機械功能7.3.1應變和應力7.3.2老化7.3.3幾何和結構特性7.4骨的適應過程7.4.1骨建造7.4.2骨重建7.4.3力調控理論7.4.4縱向生長7.4.5肌肉收縮對骨的重要作用7.4.6鍛煉對骨的影響7.5體內平衡7.6超重骨研究7.6.1過去的研究7.6.2研究問題參考文獻第8章人工重力中前庭、自主神經和骨骼系統的交互作用8.1引言8.2中樞前庭自主神經通路8.3前庭對心肺調節的影響8.3.1心血管調節8.3.2呼吸系統8.4前庭對骨礦化作用的影響8.5前庭對下丘腦調節的影響8.6採用人工重力作為對抗措施的啟示參考文獻第9章人工重力、生理系統和營養代謝之間的相互影響9.1引言9.2能量攝入和宏量營養素的供給9.2.1能量攝入9.2.2蛋白質補充9.2.3胰島素抵抗9.3維生素與人工重力9.3.1維生素A9.3.2維生素K9.3.3維生素B69.4礦物質與人工重力9.4.1鈣和維生素D9.4.2磷和鎂9.4.3鈉9.4.4鉀9.4.5鐵9.5人工重力對胃腸功能的影響參考文獻第10章人工重力和免疫系統功能10.1太空飛行的效應10.2人工重力研究中免疫方面的設計10.2.1樣本採集10.2.2心理應激測量10.2.3生理應激10.2.4免疫系統狀態10.3潛伏病毒再激活10.3.1EB病毒10.3.2巨細胞病毒10.3.3水痘帶狀皰疹病毒10.3.4在人工重力研究中定量病毒再激活參考文獻第11章人工重力的醫學、心理學和環境問題11.1引言11.2航天醫學11.2.1太空飛行的環境危害因素11.2.2生活艙內部的環境危害11.2.3心理危害11.2.4微重力11.2.5飛行醫生的作用11.3人工重力研究中的醫學監督11.3.1暈厥11.3.2先兆症狀11.3.3心率11.3.4血壓11.3.5運動病11.3.6心律失常11.4危急情況參考文獻第12章人工重力研究中的安全問題12.1通用安全原則12.1.1系統安全12.1.2安全分析技術12.1.3通用安全小結12.2離心機系統設計中要考慮的危險12.2.1機械危險12.2.2危險能源控制（鎖定或標識）12.3離心機設計中的安全12.3.1結構設計12.3.2驅動系統12.3.3控制系統12.3.4獨立的刹車系統12.3.5電氣系統12.3.6通話與監視12.3.7聯鎖系統12.3.8緊急出口12.4設備安全因素12.4.1建築物的空間佈局12.4.2暖通空調系統12.4.3應急電氣設施考慮12.4.4建築材料12.4.5火災監測報警及抑制系統12.4.6照明12.5受試者安全參考文獻第13章研究建議13.1引言13.2可能的研究工具13.3動物模型13.3.1靈長類動物13.3.2大鼠13.3.3小鼠13.4關鍵問題13.4.1生理功能失調13.4.2航天員的健康和活動13.4.3其他航天環境因素13.4.4飛行艙的設計和任務設計13.5建議13.5.1人工重力作為多用途防護措施13.5.2人工重力裝置13.5.3重力研究的需求13.5.4防護措施的有效性13.6實驗方法學13.6.1非臥床研究13.6.2臥床實驗13.6.3在軌飛行研究13.7結論參考文獻．

假如現在有航天員踏上了去往火星的征程，在去往目的地的途中，雖然有各種對抗措施，但經過長達6個月的失重飛行，他們仍將會陷入一種完全失能的狀態。在返回地球后，失重導致的一些生理系統變化的恢復需要一定的時間，如神經前庭系統、心血管系統和肌肉骨骼系統等的變化在返回地球后的恢復需要幾周時間。這些變化在火星0.38g的重力環境中能否恢復還不確定。人工重力是一種完全不同的綜合性對抗措施，它能模擬類似地球上1g的重力環境，同時作用于身體所有的系統，而不僅僅是一次只針對一個系統進行防護。當然，對于航天飛行中所有的不良影響，人工重力也不是萬能的。很顯然，它無法解決與輻射、隔離、限制以及生保系統故障等帶來的相關的危險。然而，作為一種高效的多系統長期失重對抗措施來說，它給人們帶來了希望。人工重力的合理應用能有效解決骨丟失、心血管功能失調、肌萎縮、神經前庭功能紊亂、航天貧血和免疫功能下降等問題。
除對生理系統有益外，人工重力也可能能夠明顯改善長期飛行的適居性，并且有利于個人衛生的保持，航天員也更容易開展每日的工作。例如，如果能在航天器內產生人工重力，液體和固態顆粒將會掉落在地面而不會飄進人的眼睛或口腔；廁所也能沖洗，這大大方便了女性航天員；飛船上的廚房也更加容易設計；也不需要在鍛煉設備上安裝束縛帶。事實上，還能方便地使用床、跑臺、體重計等。人工重力的一個顯著優點是它能隨時隨地為醫學處置，尤其是象心肺復蘇、手術等緊急情況提供良好的操作環境，而且有助于無菌環境的保持。
為了確定在太空實施人工重力的最佳技術，必須開展綜合研究。同時必須至少考慮到下面幾個因素：航天器的設計、工程造價、任務條件限制、對抗措施的有效性和可靠性要求、航天器環境的影響等。
從生理學對抗的觀點看，一個好的解決方案就是在整個任務期間都產生人工重力，它最有可能降低或消除生理上的不適應，改善與人相關的因素（如空間方向確定、個人衛生、食物供應、工作效率）；便于更有效的醫學處置的實施和設備使用（如對抗措施的應用、手術、心肺復蘇）；提供更加適于居住的環境（液體和廢棄物更易于處理）。然而，我們需要去衡量這些優點和技術的風險以及不確定性。這包括工程上的挑戰，如系統的功能、操作性和實施要求、工程和構造設計、液體的處理機制和推進系統的選擇。而且，在航天器到達火星附近后，因人工重力的停用而會出現一些人的因素和生理問題。由于有近一半的航天員需要花費1～3天去適應失重環境，因此預計人工重力消失后這些航天員仍需1～3天去適應失重。因此只有經過進一步的生理學研究和航天器設計方案的評估，多行業學科的綜合研究才能將這一問題分析透徹。能持續產生重力的太空居住艙可能是直徑幾千米的環狀設計（圖1—11）。