載人探月飛船返回地球時，飛船將以第二宇宙速度進(jìn)入大氣層，航天員將暴露于高水平再入加速度過載環(huán)境，嚴(yán)重威脅航天員健康安全，因此月地返回再入加速度安全成為航天載人登月的關(guān)鍵之一。我國經(jīng)過多年發(fā)展已掌握近地軌道載人航天器返回與回收技術(shù)，成功完成多艘載人飛船返回與回收以及嫦娥五號飛行試驗器任務(wù)，但是以第二宇宙速度載人月地返回再入仍有諸多重大問題尚待解決。

根據(jù)國外載人登月工程實踐特點分析，在漢斯出版社《國際航空航天科學(xué)》期刊中，有學(xué)者認(rèn)為，載人探月飛行任務(wù)的返回再入?yún)^(qū)別于近地軌道載人飛行返回，與近地軌道返回相比，航天員要承受更為嚴(yán)酷的再入加速度過載環(huán)境。目前根據(jù)飛行器負(fù)荷和再入速度不同主要選用兩種返回方式，一是錢學(xué)森式彈道經(jīng)受高溫直接沖過大氣層，該方式適合第一宇宙速度以下的近地軌道返回；二是通過桑格爾彈道跳躍式來減速降溫。如果不采用跳躍式飛船加速度可達(dá)15g左右，嚴(yán)重威脅航天員的生命安全。再入方式不同，飛行器所經(jīng)歷升阻力不同，相應(yīng)所受加速度不同。

相比而言，載人登月返回過程中，乘員將會經(jīng)受更高峰值、增長率及復(fù)雜波形的加速度作用，導(dǎo)致乘員損傷風(fēng)險顯著增加，如有應(yīng)急情況，過載安全問題更為突出。目前，美國NASA仍在進(jìn)行返回再入加速度耐受性問題的相關(guān)研究。根據(jù)我國載人登月計劃需求，及時開展返回再入加速度耐受性及防護(hù)技術(shù)研究，對明確登月任務(wù)返回再入乘員安全性設(shè)計具有重要意義。

借助載人飛行來獲得高速再入人體加速度響應(yīng)和生理效應(yīng)等規(guī)律，實施代價高、安全風(fēng)險大，通常先期采用地面分析、仿真和試驗進(jìn)行驗證。我國目前也在開展相應(yīng)研究，有學(xué)者采用HUMOS生物力學(xué)假人，開展再入過載條件下典型體位響應(yīng)仿真研究，分析認(rèn)為體位姿態(tài)對膈肌的位移和變形是影響人體對再入過載耐受力的最重要因素，并建議飛船乘員的姿態(tài)設(shè)計應(yīng)優(yōu)先選擇躺姿。文獻(xiàn)中利用離心機模擬Apollo10返回再入過載環(huán)境，獲得躺姿HybridIII生物力學(xué)假人半彈道式再入時的人體動態(tài)響應(yīng)，結(jié)果顯示假人重要部位的動態(tài)響應(yīng)與再入模式下的過載曲線變化趨勢基本一致，各部位合成加速度值較為接近。但從保持工程繼承性和節(jié)省經(jīng)費角度考慮，如果采用現(xiàn)有聯(lián)盟號飛船或神舟飛船臥姿和嫦娥返回方式，是否有利于人體對抗再入加速度，需要進(jìn)一步研究。

本研究通過地面設(shè)備模擬躺姿阿波羅再入加速度環(huán)境，按聯(lián)盟號飛船的乘員座椅姿態(tài)設(shè)計乘員方案，分析其再入方式過載條件下HybirdIII生物力學(xué)假人頭部、胸部及腰部等重要部位的動力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，為載人飛行器第二宇宙速度返回再入的人體安全性和防護(hù)設(shè)計提供試驗基礎(chǔ)，為飛行設(shè)計提供設(shè)計備選方案。

本文對利用離心機模擬嫦娥返回再入過載，探討臥姿人體姿態(tài)載入方式對假人動態(tài)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明模擬嫦娥載入返回過載時，假人頭部、胸部、腰部三個重要部位均有較大+Gx加速度響應(yīng)，驗證部分結(jié)果和變化趨勢。尤其是假人三個部位+Gx由頭部、胸部、腰部載荷逐漸增大，意味著除了頭部和胸部會產(chǎn)生較大生理影響外，腰腹部過載也將產(chǎn)生重要影響，這是由臥姿和腿部彎曲造成的，而且是不利于加速度對抗和提升加速度耐力的。建議下一步在工程設(shè)計和制定飛行器醫(yī)學(xué)要求時，飛船設(shè)計師應(yīng)關(guān)注臥姿時人體內(nèi)部器官的受力狀態(tài)，為航天員設(shè)計具有更好保護(hù)作用的體位，為飛船再入制定更好的返回策略。

文章鏈接：https:///10.12677/JAST.2021.91001