月球表面人体步态行为特性的研究

针对载人登月过程中需要确定人在月球表面低重力环境条件下行走规律和特性的技术需求，借助仿真技术与地面模拟实验装置，本项目将研究内容分为：（1）人的步态行为的运动学参数的研究，包括其髋、膝和踝部的关节活动角度变化规律以及步长、步宽、步频等空间参数的测量、分析与研究；（2）人的步态行为的动力学建模与仿真研究，通过建立动力学方程来研究人在月球环境行走时下肢各关节的力学特性，对下肢主要关节的受力和力矩等力学参数进行分析和研究；（3）人在月球表面行走时的能量消耗与下肢相关肌肉群的活动度研究。研究完成后，将建立人在月球表面环境下的行为分析理论与舒适度评价方法。该成果可为载人登月航天服的设计与研制、月球作业人员的操作任务规划提供理论依据和数据支持，具有重要的工程应用价值。

月面行走是未来航天员等月后的一项最基本的人体行为，在月球重力环境下人体行走的运动学和动力学行为如何改变，在作业时下肢的疲劳状态如何测量和评价，能能量消耗与地面有何不同，这些都是在登月前应该重点研究的内容，针对这些问题本项目进行了研究。通过文献分析可以认为，月球行走时步幅、舒适步速、最大的竖直和水平方向跳跃的距离明显增大，攀爬变得容易的多，氧耗、心率和人的代谢率降低；通过人体负重行走的疲劳实验，开发了身体负重压力测量系统，建立了基于压力冲量的负重行走时肩部、背部、腰部及全身疲劳的疲劳评价和预测模型，可以为将来登月宇航员的背部负重设计提供参考；通过悬吊实验得出了人体着航天服和常服的人体各关节的活动范围数据和工作空间数据，为未来登月服的舒适性设计提供了数据参考；建立了下肢蹬踏疲劳评价的定量模型，为进一步研究月球表面行走疲劳，以及将来载人登月的任务负荷设计提供了参考。利用上肢拉伸试验，建立了基于表面肌电信号的肌肉疲劳评价模型，为未来登月时进一步客观地对航天员作业疲劳的评价提供了一种方法。