安小康， 牛博， 王兆魁， 危清清， 陈力

(1. 福州大学机械工程及自动化学院， 福建 福州 350108； 2. 清华大学航天航空学院， 北京 100084；3. 中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094)

0 引言

随着我国载人航天工程的不断发展和空间任务的不断涌现， 航天任务验证和航天员在地训练需求增大[1-4]. 在医疗领域， 低重力模拟技术可用于步行障碍患者的神经康复辅助训练和物理治疗及航天医学研究[5-8]， 因此， 研发多自由度、 低成本、 使用简单、 操作灵活的微重力模拟设备具有重要意义.

目前， 空间微重力环境地面模拟主要有落塔法[9-10]、 抛物线飞行[11-12]、 中性浮力水池[13-14]、 悬吊式重力补偿系统[15]、 气悬浮法[16-17]、 被动式外骨骼系统[18-20]、 虚拟现实技术[21-22]等. 落塔法能精确模拟空间微重力环境且可以进行三维空间的微重力实验， 但其制造成本高， 通用性差， 单次微重力模拟时间短； 抛物线飞行微重力模拟相比较于落塔法， 其模拟时间有所增加， 但成本仍然很高， 安全性较差； 中性浮力水池微重力模拟克服了时间、 空间的限制， 但制造、 维护成本极高， 对训练设备的密封性有严格要求， 且水的动态阻尼和粘滞效应会降低模拟精度[23]； 悬吊式重力补偿系统结构复杂， 悬吊绳必须经过被悬吊体质心， 但在实验过程中随着被悬吊体质心不断移动, 被悬吊体很难在三维旋转方向保持平衡， 此外悬吊式重力补偿对训练对象的自由度影响也较大； 气悬浮法相比较其他方法制造成本和维护成本较低， 但气悬浮法只能在平面上对被失重物体的重力进行补偿， 其运动自由度受到限制；……