躺姿半弹道式再入假人动态响应研究

为了探索躺姿半弹道式再入时的人体动态响应，模拟Apollo10返回再入过载环境，采集Hybrid III生物力学假人头部、胸部及臀部的加速度动态响应数据，对比分析阿波罗再入躺姿状态下假人不同部位的动力学响应规律。结果显示假人重要部位的动态响应与再入模式下的过载曲线变化趋势基本一致，各部位合成加速度值较为接近。+Gx为主要过载响应，且胸部响应过载值较大，应加强乘员胸背向加速度防护。该实验研究为载人深空探测工程实践提供了数据基础，并给出明确的工程指导意见，为载入加速度耐限制定及安全防护设计提供指导。

航天载人登月的关键之一是月地返回再入加速度安全[1] [2] [3]。

虽然20 世纪70 年代， 美国已实现了载人登月返回，苏联实施了无人飞船绕月飞行并返回，我国经过多年发展，已掌握近地轨道载人航天器返回与回收技术， 成功完成多颗返回式卫星、多艘载人飞船返回与回收以及嫦娥五号飞行试验器任务[4]， 但是以第二宇宙速度载人月地返回再入仍有诸多重大问题尚待解决。根据国外载人登月工程实践特点分析认为，载人探月飞行任务的返回再入区别于近地轨道载人飞行返回，与近地轨道返回相比，航天员要承受更为严酷的再入加速度过载环境。目前根据飞行器负荷和再入速度不同主要选用两种返回方式，一是钱学森式弹道经受高温直接冲过大气层，该方式适合第一宇宙速度以下的近地轨道返回，如联盟号和神舟载人飞船；二是通过桑格尔弹道跳跃式来减速降温，如阿波罗登月载人飞船[5] [6]、嫦娥五号T1 试验返回器(CE-5T1)以接近第二宇宙速度跳跃式返回再入[7] [8]。

如果不采用跳跃式飞船加速度可达15 g 左右，严重威胁航天员的生命安全。再入方式不同，飞行器所经历升阻力不同，相应所受加速度不同。相比而言，载人登月返回过程中，乘员将会经受更高峰值、增长率及复杂波形的加速度作用，导致乘员损伤风险显著增加，如有应急情况，过载安全问题更为突出。目前，美国NASA 仍在进行返回再入加速度耐受性问题的相关研究。

根据我国载人登月计划需求， 及时开展返回再入加速度耐受性及防护技术研究， 对明确登月任务返回再入乘员安全性设计具有重要意义。

借助载人飞行来获得高速再入人体加速度响应和生理效应等规律，实施代价高、安全风险大，通常先期采用地面分析、仿真和试验进行验证。

我国目前也在开展相应研究， 有学者采用HUMOS 生物力学假人， 开展再入过载条件下典型体位响应仿真研究，分析认为体位姿态对膈肌的位移和变形是影响人体对再入过载耐受力的最重要因素，并建议飞船乘员的姿态设计应优先选择躺姿[9]。本研究通过地面设备模拟躺姿阿波罗再入加速度环境，按联盟号飞船的乘员座椅姿态设计乘员方案，分析其再入方式过载条件下，假人重要部位的动力学响应规律，为载人飞行器第二宇宙速度返回再入的人体安全性和防护设计提供试验基础。