離心機在航天事業(yè)中，特別是對飛行員，航天員有很大作用，航天員培訓(xùn)過程中，要適應(yīng)超重力加速度反映，而重力加速度，依靠的就是通過離心機來完成
 
 
1.      超重模型     
重力（g）是宇宙中兩個物體間的一種引力，其值可從零到無窮大。例如月球上的重力為０.１７ｇ，火星上是０.３ｇ,地球是１ｇ， 離心機可產(chǎn)生大于１個ｇ的重力。使用超高速離心器則可以產(chǎn)生103105g的力。航天器在進入200英里（321.8公里）高度的地球軌道時，其重力相當于在地球表面的95％，但由于飛船的向心加速度抵消了地球引力，以致于圍繞地球運動的飛船上的物體處于10-2～10-5個ｇ的重力狀態(tài)。航天器從發(fā)射-飛行-返回的過程中，經(jīng)受了超重 -微重力-超重的重力變化。為了把航天器射入不同的軌道，一般采用多級運載火箭的方法，每級運載火箭都會產(chǎn)生一定的加速度，形成不同ｇ值的超重。早期的火箭形成７～８ｇ的超重，新式的火箭低于５ｇ，航天飛機發(fā)射時的峰值控制在３ｇ左右。航天器在返回的過程中，也遇到超重作用，早期的超重峰值控制在１０ｇ以上，新型的航天器的峰值降低為５～７ｇ，航天飛機的超重值控制在２ｇ以內(nèi)。
 
   生活在航天器內(nèi)的動植物和人在航天的過程中同樣也要經(jīng)受超重和失重的影響。 地球上的生物是在１ｇ的環(huán)境下進化的，他們已形成適應(yīng)１ｇ重力環(huán)境的組織結(jié)構(gòu)。當植物和動物進入另一個重力環(huán)境時，它們必須重新適應(yīng)新的重力環(huán)境。它們對重力的反應(yīng)與重力之間的關(guān)系可能是一種線性或數(shù)學(xué)函數(shù)的關(guān)系。生物體中適應(yīng)１ｇ的組織結(jié)構(gòu)在超重或低重力的環(huán)境中就會失調(diào)或退化，以適應(yīng)新的重力環(huán)境。航天員在飛行中出現(xiàn)心血管功能紊亂、肌肉萎縮、骨質(zhì)疏松就是一個很好的例證。當生物體適應(yīng)了新的環(huán)境再返回地面１ｇ的環(huán)境時，會出現(xiàn)不適應(yīng)反應(yīng)，需要經(jīng)過一段再適應(yīng)的過程。因此，研究重力改變對生物體的影響，尤其是微重力的影響是航天事業(yè)發(fā)展的需要。同時，通過此項研究，對于了解重力在生物體進化中的作用，也有重要的理論意義。
 
 
超出１ｇ重力的研究是比較容易的，在地球上可通過使用不同類型的離心機來實現(xiàn)。在地球上進行長時間、低于１ｇ重力的研究是不可能的，只能離開地球，到太空實驗室中或到那些重力低于地球的星球（如月亮和火星）上進行。但在太空中進行多項的生物學(xué)研究是不現(xiàn)實的，主要的理由是：

（１）在太空中進行生物學(xué)研究的費用很高，每次飛行的任務(wù)也很多，不可能專門進行生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的研究。
（２）航天過程中除微重力因素外，還有超重、振動、噪聲、輻射、艙內(nèi)氣體環(huán)境、有害物質(zhì)等對被測對象都有影響，影響實驗結(jié)果的分析。
（３）生物體、尤其是人的個體差異大，需進行多次重復(fù)實驗才能發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性。同時，需要研究的項目很多。在航天中不可能進行這么多的研究。
（４）每項研究需要有此學(xué)術(shù)領(lǐng)域的專家參加，并有各種專門的科學(xué)儀器，航天中不具備此條件。 因此，在地面上建立模擬重力變化的模型是十分必要的。

地面建立的模擬航天過程中超重和微重力的模型有助于實現(xiàn)以下目的：
（１）了解生物體中的哪些系統(tǒng)是感受重力的，
確定它們的閾值、適應(yīng)重力變化的機制、適應(yīng)的能力和適應(yīng)時間。
（２）預(yù)測已適應(yīng)超重和低重力的機體是如何重新適應(yīng)１ｇ環(huán)境的。
（３）提出預(yù)防措施以減輕在重新適應(yīng)１ｇ的環(huán)境時會發(fā)生的潛在問題 。

   在地球上可用離心機來實現(xiàn)超重。離心機的向心加速度產(chǎn)生了平行于地面的離心力，它和重力構(gòu)成了直角三角形的兩個邊，其合力為離心機旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的重力。因此，１.５ｇ的向心加速力可以產(chǎn)生１.８ｇ的合力，４ｇ的向心加速力可以產(chǎn)生４.１ｇ的合力。 離心機由動力系統(tǒng)、中心轉(zhuǎn)軸和剛性的旋轉(zhuǎn)臂構(gòu)成（圖１）。離心機的臂長從１～８米不等。離心機的臂長與轉(zhuǎn)速有關(guān)，臂越長，轉(zhuǎn)速越低；臂短，可產(chǎn)生高ｇ值。但是，在短臂中的被試者如果很高，其身體的不同部位受到的離心力會不同，對被試者的影響因素就復(fù)雜了。因此，短臂離心機一般用于小的動植物。 根據(jù)實驗?zāi)康牟煌?，可建造大小不同和形式不同的離心機。一些離心機可以改變座艙在連接臂上的位置以根據(jù)不同的試驗要求產(chǎn)生不同大小的重力，而其它離心機座艙只能固定在機械臂的末端，以提供特定大小的重力。

   離心機的座艙一般可以在臂上自由轉(zhuǎn)動，以保持重力分量在地球重力的方向上。有的離心機的座艙本身就可以改變方向，以適應(yīng)特殊的實驗要求。美國航宇局一研究中心有一套離心機，它包括前庭研究專用離心機（ＶＲＦ，有兩個０.８米長的臂，可在３個軸上旋轉(zhuǎn)），人用離心機（臂長７.６米）和旋轉(zhuǎn)屋（臂長８.１２５米）。ＶＲＦ離心機用于研究一些復(fù)合因素對小動物如貓、猴子、鳥、魚的影響。在ＶＲＦ離心機上可進行數(shù)小時至數(shù)天的實驗。其它的動物離心機主要用來研究超重環(huán)境下嚙齒動物的適應(yīng)性反應(yīng)，以及為一些太空試驗提供超重條件。

   人體離心機主要用來研究人在太空飛行返回段和臥床后超重狀態(tài)下的生理反應(yīng)和感覺的變化，也可用于航天員超重耐力的選拔和訓(xùn)練。人體離心機的試驗時間通常不會超過一小時。受試的生物體對抗超重的能力與其本身的質(zhì)量成反比。植物、昆蟲和嚙齒類動物承受重力的能力遠遠超過人。例如，小的、年輕的植物可以在３０～４０ｇ的環(huán)境下輕松地堅持１０分鐘之久而沒有發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)變化，甚至數(shù)百ｇ的作用也不會造成植物結(jié)構(gòu)的明顯破壞；鼠類只能承擔１５ｇ的重力１０分鐘，如重力達到２０ｇ，就會全部死亡；人耐受頭盆方向的耐力僅４～５ｇ，時間為１０秒左右。
 
2. 加速度生理實驗室
 
     始建于1988年，屬于“211工程”、“2110工程”及“三重建設(shè)”項目。自建成以來，承擔了國家自然科學(xué)基金、國家863-2基金及軍隊醫(yī)藥衛(wèi)生基金等多項科研任務(wù)，還承擔我?？哲娕R床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生（《航空航天生物動力學(xué)》）和航空航天醫(yī)學(xué)專業(yè)碩士研究生、博士研究生三個層次的教學(xué)實習(xí)任務(wù)，已培養(yǎng)博士和碩士多名。
 
 實驗室擁有動物離心機、雙動力人體短臂離心機、多功能旋轉(zhuǎn)床、三維滾輪、抗荷動作訓(xùn)練器、人工動力下體負壓訓(xùn)練艙等特色大型設(shè)備，還擁有下體負壓褲、自行下體負壓訓(xùn)練器等專項設(shè)備。實驗室配備有完善的微機化多功能生理記錄儀、心電、血壓和血氧飽和度監(jiān)測設(shè)備，以及腦血流和心功能監(jiān)測設(shè)備，可進行無創(chuàng)逐跳血壓、心功能和心率監(jiān)測、腦血流多普勒監(jiān)測、基本生理信號遙測和心率變異性分析等工作。

該室具有七大功能：
①前庭功能訓(xùn)練；
②立位耐力功能評價；
③推拉效應(yīng)的模擬及評價；
④航天體液轉(zhuǎn)移地面預(yù)適應(yīng)的評價；
⑤抗荷動作模擬訓(xùn)練；
⑥抗荷生理訓(xùn)練；
⑦人工重力生理訓(xùn)練。

該實驗室整體達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
 
    主要研究方向為加速度生理學(xué)。在航空醫(yī)學(xué)方面開展了超重生理學(xué)研究，主要進行了高G致意識喪失的發(fā)生機理及其監(jiān)測、高性能戰(zhàn)斗機飛行員高G防護措施的研究，
①建立了快速下體負壓模擬G-LOC的大鼠模型，為深入研究G-LOC的機理提供了一個有用的動物模型。首次提出以頸總動脈血流量降為零作為動物發(fā)生意識喪失的監(jiān)測指標。
②系統(tǒng)地揭示了高G暴露后大鼠學(xué)習(xí)記憶功能和腦皮層神經(jīng)元形態(tài)學(xué)改變的性質(zhì)、時程及其恢復(fù)情況。
③提出了高G致腦損傷和學(xué)習(xí)記憶障礙的多重機制假說：即高G暴露引起的腦缺血是導(dǎo)致腦損傷和學(xué)習(xí)記憶障礙的主要原因，其生物化學(xué)及分子生物學(xué)機制涉及腦能量代謝降低、腦離子平衡紊亂、血腦屏障通透性增加、腦一氧化氮合酶和c-fos表達增加及HSP70的保護作用；顱內(nèi)壓力劇烈變化和應(yīng)力增加是高G致腦損傷的重要因素之一；血液流變學(xué)特性改變在高G致腦損傷中起一定作用。
④提出低G預(yù)適應(yīng)對高G所致的腦損傷和學(xué)習(xí)記憶障礙具有保護作用。
⑤提出了高性能戰(zhàn)斗機飛行員下體負壓抗荷訓(xùn)練方案。
⑥建立了仿真立位應(yīng)激下心血管系統(tǒng)反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型對指導(dǎo)飛行員訓(xùn)練；在航天醫(yī)學(xué)研究方面主要開展了失重生理學(xué)研究，主要進行了中長期失重的生理影響及防護措施的研究，闡明了模擬失重致立位耐力不良的機理涉及心血管功能改變、腦血流降低及內(nèi)分泌改變等，首次提出了我國載人航天飛行時航天員下體負壓對抗方案，應(yīng)用所建立的模型對航天飛行后心血管功能失調(diào)的機理問題進行了仿真研究，為我國載人航天飛行時航天員的醫(yī)學(xué)保障提供了實驗依據(jù)。
以上部分研究成果達到國內(nèi)領(lǐng)先和國際先進水平。
 
為了克服長期失重對人機體的影響，最有效的方法是在載人航天器中設(shè)置人工重力。前蘇聯(lián)在“宇宙”系列生物衛(wèi)星上研究的結(jié)果表明，人工重力對防止失重對人生理系統(tǒng)的一些影響是有效的，不過研究也發(fā)現(xiàn)生活在航天器離心機上的鼠出現(xiàn)一些不良的副作用，例如動物腦皮層的工作能力下降，抑制了腦有關(guān)區(qū)域（特別是運動區(qū)）的蛋白質(zhì)代謝，同時也觀察到動物半規(guī)管的敏感性和反應(yīng)能力降低。這可能是由于離心機的臂太短、轉(zhuǎn)速太快造成的。
 
人在轉(zhuǎn)速快的離心機中也會產(chǎn)生前庭器官的一些反應(yīng)和幻覺。所以，在設(shè)計人工重力環(huán)境時，必須考慮離心機的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)半徑對人體的影響，合理地匹配旋轉(zhuǎn)半徑和轉(zhuǎn)速，并對有關(guān)人員進行適應(yīng)性訓(xùn)練，將副作用減小到可以接受的程度。人工重力防護措施的設(shè)計和驗證，除了進行人體試驗外，還需要在航天中進行動物實驗。