微重力环境中人体腰椎力学补偿的肌骨模型仿真分析

目的微重力环境会引发人体产生腰痛,利用肌骨模型定量分析仿重力装备对腰椎间盘和椎旁肌肉的力学响应规律,为微重力环境腰痛治疗提供科学依据。方法利用Solidworks绘制肩、胸、腰、臀和大腿带,以Weld Joint耦合至Full-Body Lumbar Spine model肌骨模型,模拟仿重力装备的周向固定元件。在周向固定元件之间设置spring actuators,各节段驱动器的力值总和对应重力分布,模拟仿重力装备的轴向加压元件。将前侧和后侧的加压比值设计为3∶1、1∶1和1∶3,利用Opensim计算1 G-无装备、0 G-无装备和0 G-着不同装备时的腰椎关节作用力和椎旁肌肉力。结果与1 G-无装备相比,0G-无装备的腰椎关节作用力是其0.17~0.18倍,腰髂肋肌和胸最长肌肌肉力分别是其0.16和0.23倍,但0 G-无装备的腹直肌肌肉力是其3.41倍。3种加压比均可对0G-无装备产生有效重力补偿,随着后侧加压比增加,腰椎关节作用力的平均补偿率从75.7%下降到33.1%。当前后侧加压比为3∶1时,0 G模型的腰髂肋肌、胸最长肌和腹直肌肌肉力最接近1G模型,其补偿率分别为112.9%、111.9%和99.9%。当后侧加压比值增加至75%时,其补偿率分别下降到-0.1%、0.2%和-111.9%。结论在微重力环境中,腰椎伸肌的肌肉力显著下降,为人体前侧施加75%的重力载荷更利于向腰椎提供重力环境补偿。

一种面向空间增材制造的微重力环境地面模拟试验方法

空间增材制造能够将产品全部或部分脱离传统地面制造模式,实现在轨制造或原位制造大型构件。然而,高真空、微重力等复杂特殊的环境使得空间增材制造与地面制造差异很大。为了确保空间增材制造设备的可用性和可靠性,需要在地面环境条件下对微重力环境进行有效模拟。为此,设计一种微重力场的增材制造地面环境模拟试验装置,并开展微重力环境试验研究,对空间增材制造成形工艺过程进行实际模拟与验证。

微重力环境下运动对肠道菌群稳态的调控作用与分子机制

微重力环境会减少机体的肠道菌群多样性、降低益生菌水平,造成肠道菌群功能紊乱,并促使机体产生有害代谢物从而对体内多种器官造成损伤,不利于航天员的身心健康。运动能够在一定程度上改善航天员的身心健康状况,但其在微重力环境下改善肠道菌群紊乱的机制尚不明确。采用文献资料调研法,探讨微重力环境以及运动对肠道菌群的影响、微重力环境下运动改善肠道菌群稳态的分子机制。研究发现,微重力环境下运动能够通过增加肠道菌群多样性、调节肠道黏膜免疫反应、改善肠道屏障功能、激活与代谢相关的信号通路以及肠道菌群-肠道-脑轴等,有效促进航天员的身心健康。

空间环境与模拟微重力环境对高等植物试管苗的影响

在空间环境中,微重力是一个很重要的因素之一,但空间环境又不完全等同于微重力环境,它还同时存在宇宙辐射等其他因素。本文重点探索空间环境与模拟微重力环境对高等植物试管苗细胞亚显微结构的影响,以及同工酶变化和RAPD分子标记的初步结果。通过对高等植物的试管苗(月季、树莓、马铃薯、香石竹、人参果)分别进行的模拟微重力实验及空间飞行实验,发现模拟微重力条件与空间环境对植物试管苗的生长过程中细胞超微结构既有相同的作用,又有不同的作用。

微振动对空间实验室微重力环境的影响研究

针对大型刚柔组合体空间结构(空间实验室)的特点,建立系统的动力学方程,并对机柜内设备、太阳阵的转动、宇航员活动产生的激扰力进行了简化。利用计算机建立组合体的简化模型,对空间组合体在各种微振动激扰下的加速度响应进行了仿真研究,并将这些仿真结果用于空间实验室微重力环境的预测。

微重力环境和外加磁场对晶体生长中杂质分凝的影响

浮区结晶法是生长体单晶的重要方法之一．本文从理论和实验两方面综述了浮区结晶法中熔体内宏观场对体单晶中杂质分布均匀性影响的定性和定量研究，并从改善体单晶杂质分布均匀性的角度出发。

微重力环境与微重力落塔的液压上抛发射系统

综述了形成微重力环境的空间方式和地面方式的各自特点 ,阐明了研究微重力落塔上抛方案的意义 。

微重力环境下充液航天器液体晃动动力学研究概述

在充液航天器设计中有时需要考虑微重力环境下的液体晃动.微重力环境下的液体晃动问题比常重环境下复杂得多,很多问题有待深入研究.对微重力环境下液体晃动的解析研究方法作了简要介绍,并对其研究进展概要地进行了综述.

微重力环境下立位耐力不良的发生机制(英文)

目的:观察模拟失重对兔股静脉压力-容积关系的影响及静脉壁显微结构的变化,探讨微重力环境下造成立位耐力不良的发生机制。方法:采用头低位(-20°)倾斜的方法作为模拟失重家兔模型。24只雄性健康新西兰兔,随机分为对照组、模拟失重21d组和模拟失重10d组,每组8只。进行股静脉的压力-容积关系测试,并观察血管壁的显微结构。结果:模拟失重后股静脉P-V曲线向容积变化比增大的方向移动(同对照组比较P<0.01),模拟失重21d组较10d组移动更明显(P<0.01)。加载、卸载时,模拟失重21d组的P-V二次抛物线方程式系数B1,B2的值犤加载时为(3.6±1.6)10-2,(3.3±2.8)×10-4;卸载时(4.2±1.8)10-2,(4.6±3.4)×10-4〗显著高于对照组犤加载时为(1.3±0.6)10-2,(0.4±0.3)×10-4;卸载时(1.8±1.0)10-2,(0.8±0.8)×10-4犦及模拟失重10d组犤加载时为(1.7±0.6)10-2,(0.8±0.6)×10-4;卸载时(2.1±0.6)10-2,(1.3±0.7)×10-4〗(P<0.01),模拟失重10d组的B1,B2的值和对照组相比有增加的趋势。组织学研究表明,模拟失重组股静脉内皮细胞呈立方或矮柱状并有细胞脱落,平滑肌层变薄等变化。结论:模拟失重后股静脉顺应性增加,同时股静脉管壁结构也发生明显改变。

微重力环境对生殖系统影响的研究进展

地球上一切生命都在重力环境中起源、发展、进化和消亡。当各种生命体离开地球环境进入太空后，他们的形态、结构、代谢、遗传特性等都会受到不同程度的影响。近年来，随着航天技术的迅速发展，人类探索太空的活动日益频繁，航天医学越来越受到人们的重视。研究证实，空间环境对人体的各个生理系统都会产生影响，可导致心血管功能紊乱、肌肉萎缩、免疫功能低下、内分泌及消化系统紊乱等口。研究失重状态对生殖系统的影响十分重要。本文对失重影响生殖系统的相关研究进行综述。

卫星相机中侧视反射镜振动及微重力环境下的影响分析

文章介绍了“资源一号”卫星02星在地面测试时CCD相机图像扰振现象和对像质的影响, 图像扰振的原因———相机的侧视反射镜发生振动。探讨了侧视反射镜共振的机理: 由于预紧蜗簧与蜗轮弹性变形的组合弹簧而形成共振系统, 从而使外来干扰振动被放大, 并由此得到克服或控制扰振的方法。此外, 还讨论重力环境变化对反射镜振动的影响,认为不会增大振动的影响, 卫星在轨工作时相机可以保持地面同样效果。卫星发射后, 图像像质良好, 说明反射镜振动得到控制, 也说明重力环境改变对振动没有异常变化。

细水雾灭火技术在微重力环境下应用的可行性分析

针对细水雾灭火技术在载人航天器安全中应用的可行性,通过理论分析研究了微重力环境下液滴滞止距离与初始速度、粒径的关系,并利用Fluent模拟研究了水雾喷嘴雾场结构。理论分析结果表明,初始速度一定,水雾粒径越小,其滞止距离也越短;初始速度越大,其滞止距离越长。粒径小于50μm时,初始速度对滞止距离影响不大。数值模拟结果表明,微重力下的雾场分布与常重力下有明显差异,水雾主要集中在喷嘴附近,而且水雾蒸发速率较慢,液滴存活时间长。对比理论分析和模拟结果,模拟的迁移距离要小于理论值,这是因为理论分析中忽略了液滴的蒸发。为解决液滴滞止的问题,建议微重力环境下采取气体载运水雾的方式。

人对短时间微重力环境反应的初步观察

在失重飞机上,以每个抛物线飞行创造35～40秒钟的微重力环境,对43名被试者进行了82架次微重力实验飞行,研究了失重对人的前庭功能、心血管功能及进食饮水的影响。实验发现人对短时间微重力环境适应好的和较好者为83.7%,适应性较差或差者为16.3%;个别被试者出现轻微的空间运动病症状;或出聊心血管异常反应;对航天食品和饮料以及包装方式、进食方法进行了考验,取得了有益的资料。

微重力环境及应用

从微重力概念出发，阐述了微重力环境的特点和物理原理，以及材料制备利用的物理效应，介绍了在不同于地面上的空间微重力环境下材料加工、药物制备。

微重力环境下硅基纳米器件碰撞滑动接触问题研究

随着纳米技术的发展,微机电系统被广泛应用于微纳卫星、皮卫星以及各种高精密仪器.单晶硅广泛应用于微机电系统,考虑微重力环境空间机构无规则碰撞的运动特性,建立刚性金刚石压头与弹性硅基体之间碰撞滑动接触的分子动力学模型,对比研究压头不同振动频率和振幅对平均摩擦力的影响.结果表明:压头振动频率低于基体固有频率时,平均摩擦力无明显变化,而高于固有频率时,平均摩擦力随振动频率增大呈现先减小后不变的趋势;振幅的增大导致压头和基体的碰撞更加剧烈,剧烈的碰撞导致基体表面更多原子晶格结构破坏,失效原子数增多,降低了平均摩擦力;在基体表面引入纹理,发现纹理表面能够有效降低平均摩擦力.

模拟长期微重力环境下大鼠眼底血流动力学、眼轴长度及血清中IFN-γ、IL-10含量的变化

目的探讨模拟微重力环境下大鼠视网膜中央动脉血流动力学、眼轴长度及血清中γ-干扰素(interferon-γ,IFN-γ)、白细胞介素10(interlunkin-10,IL-10)含量的变化。方法 40只SD大鼠随机均分为8组:正常对照组、尾吊1 d组、尾吊4 d组、尾吊1周组、尾吊2周组、尾吊1个月组、尾吊2个月组及尾吊3个月组。采用尾悬吊法建立模拟微重力环境动物模型,利用彩色多普勒超声诊断仪测量大鼠视网膜中央动脉血流动力学及眼轴长度变化,血流动力学参数包括收缩期最大血流速度(peak systolic velocity,PSV)、舒张末期血流速度(end diastolic velocity,EDV);应用酶联免疫吸附试验检测大鼠尾吊后不同时间血清中IFN-γ、IL-10含量。结果正常对照组PSV与尾吊各组比较,差异均有统计学意义(均为P<0.05),PSV均较正常对照组下降;尾吊3个月组同其余各组差异均有统计学意义(均为P<0.05),PSV降至最低。正常对照组EDV除与尾吊1 d组、尾吊1周组及尾吊2个月组差异无统计学意义外,与其余各组差异均有统计学意义(均为P<0.05),EDV均较正常对照组下降;尾吊3个月组与其余各组差异均有统计学意义(均为P<0.05),EDV降至最低。尾吊1 d组眼轴长度除与正常对照组差异无统计学意义外,与其余各组差异均有统计学意义(均为P<0.05),其余各组均较尾吊1 d组眼轴变短;尾吊1个月组同尾吊各组差异均有统计学意义(均为P<0.05),眼轴最短。正常对照组血清中IFN-γ含量与尾吊各组差异均有统计学意义(均为P<0.05),尾吊各组IFN-γ含量均较正常对照组增加;尾吊2周组与其余各组差异均有统计学意义(均为P<0.05),IFN-γ含量降至最低,但仍高于正常对照组;尾吊3个月组同其余各组差异均有统计学意义(均为P<0.05),IFN-γ含量基本稳定。正常对照组IL-10含量与尾吊各组差异均有统计学意义(均为P<0.05),尾吊各组IL-10含量均较正常对照组降低,尾吊1 d组下降明显;尾吊2个月组同尾吊1个月组、尾吊3个月组差异均有统计学意义(均为P<0.05),尾吊2个月、3个月IL-10含量逐渐增加。结论长期模拟微重力环境下大鼠眼底血流及眼轴长度均有变化;随尾吊时间延长,眼底血流流速降低,眼轴变短;大鼠血清IFN-γ变化呈"M"形正向曲线分布,IL-10变化呈"W"形负向曲线分布。

微重力环境中摆转运动引起的流体晃动力及力矩

本文以部分充液的贮箱系统作为研究对象，用数值方法计算研究了在扰动力作用下流体系统的晃动力学问题。文中给出了由于系统摆转而在流体中引起的扰动加速度的数学表达式。晃动力的计算是在与贮箱固结在一起的非惯性坐标系中，对依赖于初始与边界条件的三维非稳态偏微分方程组进行数值求解，计算了在伴随系统的摆转运动而在流体中产生的扰动加速度作用下，流体施加于贮箱上的力与力矩的波动规律。

微重力环境下MicroRNA调控成骨细胞分化研究进展

MicroRNA（miRNA）是生物学过程中基因表达的重要调控分子,但miRNA在骨组织代谢过程中发挥的重要调控作用尚未完全阐明。综述现阶段miRNA在微重力环境下对成骨细胞分化的调控作用,对miRNA的调控作用分为正负两类分别进行归纳,重点介绍不同基因的作用机制,并列举在微重力环境下对骨组织代谢有重要影响的一些miRNA分子。微重力环境下miRNA对骨组织代谢性疾病具有比较重要的调控作用,其相关研究对预防及治疗失重性骨质缺失病症意义重大。

微重力环境模拟作业训练机器人碰撞力反馈控制

针对航天员在地球表面进行微重力环境中操作训练时微重力环境模拟作业训练机器人存在的碰撞力反馈控制问题,建立碰撞力反馈模型、提出单个柔索驱动单元控制策略和机器人系统碰撞力反馈控制策略。利用Matlab/Simulink软件对碰撞力反馈模型和控制策略进行仿真验证,该模型和控制策略可以实现机器人碰撞力反馈,且具有计算量小、实时性好、不需要额外增加传感器等优势;结合提出的柔索驱动单元复合控制策略和机器人系统碰撞力反馈控制策略进行机器人碰撞力反馈控制实验,提高机器人控制的准确性和实时性。结果表明,基于干扰观测器的柔索驱动单元复合控制策略将柔索驱动单元主动控制精度提升11%,被动控制多余力消除率达到81.82%;机器人碰撞力反馈控制策略可以有效提升航天员作业训练时碰撞力临场感体验。

基于微重力环境下的“气包”控制定位

微重力环境下的物体具有不一般的物理属性并且微重力环境为药品加工带来极大的便利,文章通过磁悬浮方法模拟微重力环境下的气包悬浮,而通过机械原理可自动化控制气包的运动,并且可以实时监控气包的位置,最后测量出气包的速度及直径。这对于有毒物品的加工和检测具有极大的意义。