航空航天医学

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航空航天医学

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航空航天医学(Aerospace medicine )是研究人在大气层和外层空间飞行时，外界环境因素(低压、缺氧、宇宙辐射等)及飞行因素(超重、失重等)对人体生理功能的影响，及其防护措施的医学学科。

目录

1航空航天医学发展史

2航空航天医学的研究内容

3失重引起的人体生理功能变化

4航空航天飞行中宇宙辐射对人体的伤害

1航空航天医学发展史

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1770年到19世纪的一百多年的时间里，各国科学家进行了大量的气球载人、载动物的升空试验。当时人们没有认识高空环境会对人体带来危害，没有采取相应的保护措施，以致在升空中发生了人的冻伤、耳痛、意识丧失甚至死亡的严重事故。此后人们便重视和开展高空环境的研究，逐渐认识到低压、缺氧、低温对人体的危害，这是航空医学的萌芽时期。

飞机的制造、飞行是19世纪末20世纪初实现的。当时飞机的性能较低，航行高度仅两千米，飞行速度也仅有每小时500公里。即使这样也发生了晕机、着陆事故、飞机碰撞等急待解决的问题。

第二次世界大战期间，特别是喷气飞机出现后，飞机的性能提高，航行高度增高，速度增快，续航时间延长，出现了由超重、低压、缺氧、低温等引起的医学问题，这迫使各国投入了大量人力物力用于开展航空医学研究。

航天医学是在航空医学基础上发展的。40年代末50年代初，人们进行了广泛的火箭和卫星的生物学试验。动物实验证明人类可以到宇宙航行后，苏联在60年代初首先载人航天成功。随后研究了人在宇宙飞行的安全返回、失重对人体的影响等，证明人可以在失重条件下有效地工作和健康地生活。随着航天技术的发展，航天医学也相应地迅速发展。

2航空航天医学的研究内容

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航空航天医学的研究范围非常广泛，低压缺氧是航空航天中的重要环境因素之一。地球周围包绕着一层大气，大气的固定成分主要是氮、氧、二氧化碳等。地平面上的大气压力每一平方厘米承受的大气柱重量为1.033kg，与同样底面积高760mm的汞柱相等，这一压力值即定为标准压力。大气压力随着高度升高而降低。当外界压力降低到266.89mm汞柱(8000米上空)时，人就会发生减压损伤。

外界环境压力降低时，人体组织内、体液中的气体(主要是在血液和组织液中溶解度高的氮气)会游离在血管内形成气泡。形成的气泡在血管内成为气栓堵塞血管，在血管外则压迫局部组织。

血管内的气泡循环到肺部则出现肺血管栓塞，继发肺循环障碍；气泡在肺脏外胸廓内可造成气胸；气栓在心脏血管内可导致循环障碍。气泡压迫局部组织常见于四肢关节，特别是膝关节、肩关节等处，引起剧烈的疼痛，这种现象，称为“屈肢痛”；飞机迅速上升下降时产生的气压剧烈变化，可引起中耳的疼痛，称为航空性中耳炎。

军用飞机飞行时，气压改变迅速剧烈，咽鼓管功能正常的有经验的飞行员都能及时作通气动作，一般也不会发生中耳损伤。所以选拔飞行员时，要注意耳功能。旅客机一般不会经受压力剧变，所以旅客很少发生中耳气压损伤。

航空中的气压变化还可引起乘员的牙痛，称航空性牙痛，多见于军事飞行人员，其特点是以病牙为中心，向耳周围或颌骨处扩散。民航客机气压变化慢，旅客不会出现航空性牙痛。龋齿继发牙髓损伤常是引起牙痛的主要原因，压力降低，髓腔内残留气体膨胀，压迫血管，引起牙痛。牙本质过敏、牙周炎、冠周炎等也可能引起航空性牙痛。

外界压力降低时，空气中的绝对氧分压也相应降低，引起飞行人员的高空缺氧。在3000米高度时人会出现轻度缺氧，4600米高度可发生中等度缺氧，在6100米以上的高度，可出现严重的缺氧状态。脑和感觉器官对缺氧非常敏感，缺氧直接影响乘员的协调动作和智能功能(记忆、理解、判断)，严重缺氧会引起意识障碍，导致严重的飞行事故。

现代飞机的飞行高度不超过7000米公里，一般仍可用敞开式座舱。性能较高的飞机则采用密封式增压座舱，它可以有效地防护高空的低压缺氧、低温、高速气流等不良因素对飞行人员的伤害。增压座舱主要由能承受一定压差、具有良好密闭性能的座舱结构和环境控制系统组成。增压座舱可分为通风式、再生式两种。

飞行器升、降时会产生超重，航天器在宇宙空间飞行时会产生失重，两者对人体生理功能均有影响。航空航天飞行器飞行时速度快，机动性强，产生强大的超重(又称加速度、过载)。

重力作用于人体的方向由头至足的则称正超重；反之，重力的方向由足至头时称负超重。正超重时，血液受惯性力作用由上身转移到下身，引起头部、上身缺血，视力障碍，严重时可发生晕厥。训练、穿着抗荷服可提高超重耐力。

航天器发射和返回时同样产生时间较长的加速、减速超重，超重值可达8G左右。高G值的超重，人取坐姿难以适应，所以航天员通常采取仰卧姿，这对人体的影响较轻。人对8G值的横向超重可耐受十多分钟。航天中经受的这种横向超重，一般人都可以耐受。

飞行中各种加速度对人体的前庭器官是一种刺激，在适宜范围内一般不会引起不良反应，当加速度刺激频繁、剧烈，时间较长，超过前庭器官的阈值，即可引起运动病反应。运动病有晕船、晕机、晕车、航天运动病等。主要症状是头晕、恶心、呕吐、出冷汗、面色苍白等。病因与前庭器官密切相关，丧失前庭功能的聋哑人前庭器官发育不全的人，一般不会发生运动病。军事飞行中乘员晕机的较多。民航客机飞行平稳，座舱舒适，发生晕机的旅客一般不超过6%。
失重是航天飞行中的一个特殊物理因素。人体的结构特点，保证人对重力的对抗和适应。载人航天实践证明，失重对人体的生理功能有很大影响，但不像原先想象的那样严重。人在失重条件下连续生活工作365天后，返回地球经短期休息，可完全地恢复健康，并未发生不可逆转的生理变化。

3失重引起的人体生理功能变化

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心血管功能改变。失重时人体的流体静压丧失，血液和其他体液不像重力条件下那样惯常地流向下身。相反，下身的血液回流到胸腔、头部，航天员面部浮肿，头胀，颈部静脉曲张，身体质量中心上移。人体的感受器感到体液增加，机体通过体液调节系统减少体液，出现体液转移反射性多尿，导致水盐从尿中排出，血容量减少；出现心血管功能降低征候，如心输出量减少、立位耐力降低等，返回地面后短时对重力不适应。

随着航天的时间延长，心血管功能可在新的水平上达到新的平衡，心率、血压、运动耐力恢复到飞行前的水平。失重引起血容量减少的同时可出现血红细胞、血红蛋白量的减少，这些随着航天时间的延长逐渐恢复正常。

失重时，出现头晕、恶心，腹部不适，体位翻转等运动病症状，称为航天运动病，又称航天适应综合征。发生率约占航天员总数的1/3～1/2。航天初期进入失重后即可发病，持续一周，失重一周之后，前庭功能可对失重适应。有人认为失重时感觉重力的器官将异常信号传入大脑，形成前庭、视觉、运动觉等信号冲突，引起各分析器相互作用素乱，导致航天运动病。航天运动病至今还不能完全预防，发病时可服抗运动病药物。

骨盐代谢紊乱。失重会引起人体的骨无机盐代谢素乱，经尿排出的钙磷增加，钙的排出量每月约六克左右。负重的跟骨、股骨等骨盐丧失较大，上肢挠骨、尺骨则较轻。脱钙的原因是适宜载荷垂直负重对骨骼肌肉的刺激减弱或消失，血液供应减少，骨细胞营养改变，破骨细胞功能增强，成骨细胞功能减弱，分解过程大于合成过程。骨盐的丧失引起骨质疏松，而且持续时间很长。

失重引起的肌肉变化，主要表现在对抗重力的肌群张力减弱，甚至萎缩。原因是抗重力肌不需做功，出现废用性萎缩。一般认为人在失重下生活六个月，生理功能不会发生不可恢复的改变。

4航空航天飞行中宇宙辐射对人体的伤害

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宇宙辐射主要指从银河系各方面来的高能带电粒子流，由质子、光子、电子组成；其次是太阳发生耀斑时释放出的大量高能带电粒子，绝大多数是质子，其次是“粒子；第三种是地球辐射带的射线，带电粒子在近地球空间为地磁场俘获，形成范围很广的高强度辐射区，称地球辐射带。辐射粒子作用于人体细胞使原子产生电离效应。

宇宙辐射经地球大气层的屏蔽，到达地面的剂量很小，人在地面上生活三十年，平均接受的自然剂量仅是4.35～5.5雷姆(剂量当量单位)，所以低空飞行的飞机不会受到宇宙辐射的损害。

载人航天历来重视宇宙辐射对航天员的伤害，航天器及乘员身上都带有各种辐射剂量测定仪，以观察宇宙辐射可能对人体的伤害。观测表明，美苏航天员航天中接受的辐射剂量多数没有达到使人伤害的水平，但少数飞行中航天员接受的辐射剂量比较大。

航天时接受剂量的多少与航行轨道有关，航行轨道高时比轨道低时接受的剂量多。载人航天中还应特别注意重粒子对人的伤害，载人航天器的金属舱壁有防辐射作用，但有一定限度。应尽可能避免航空航天时遭受太阳耀斑的辐射伤害。

飞机乘员的食品供应，应注意营养丰富。飞行前避免食用易产气和富含纤维素的食物，并防止空腹或过饱飞行。航天员的食品除营养丰富、适合口味外，重要的是适合航天条件下食用。航天时舱内一切物体，包括食物，都处于失重状态，会自由飘浮航天食品中肉酱、果酱类半固体食品可装入牙膏状的铝管内，进食时挤压铝管食物即可通过硬塑料管进入口中。这类食品方便安全，但不适合口味，现已少用。面包、点心、肉块、鸡块等可制成一口大小的块状，表面涂有一层可食用的薄膜，以防食品破碎脱屑。

罐装食品是现在航天食品使用最多最受欢迎的食品，内装食品有一定的粘稠性，食用时不会飘浮，性状同地面食品一样。早期的航天食品较简单，仅是一些牙膏软管状和压缩的块状食物，现在航天食品品种有70多种。航天器中还有电热灶，用以加热食品。

长期生活在地球表面昼夜节律周期中的人，心理生理功能逐渐形成与此相适应的人体内环境的平衡，某些功能存在着与昼夜节律相类似的同步变化。外界环境昼夜周期发生变化后，人在短期内不能适应，会出现一些生理功能素乱现象。

大型喷气客机飞行一小时可跨越一个时区。乘喷气客机旅行，高速向东或向西飞行10小时，到达目的地后，两地相较，即提前或推迟10小时。旅客对新的时间不能马上适应，可出现一时性适应困难，引起睡眠障碍、疲劳等症状，同时工作效率降低，体育比赛成绩不理想。因此，有重要任务的旅客(如参加国际会议、重大国际体育比赛者)应力争做到飞行前、飞行后的适应。

飞行前适应是指若向东飞行，飞行前几天就开始每天提早就寝、提早起床，以便尽可能提前适应目的地的环境昼夜节律。飞行后适应是指提前到达目的地，休息1～2天，适应新的环境。

载人航天器绕地球飞行一周，航天员可见到一次日落，一次日出，一天24小时内可见到十几次日落日出的昼夜周期。航天中的昼夜周期是可变的，时间长短决定于载人航天器绕地球飞行的轨道高低，轨道高则昼夜周期长，轨道低则昼夜周期短。

载人航天器飞行轨道一般是近地轨道，绕地飞行一周大约90分钟，24小时内有16个昼夜变化。航天员长期习惯于地球上的昼夜周期，对这种短暂的昼夜变化很不习惯，可出现睡眠不好，易醒、易疲劳，工作效率降低等。航天医学工作者将航天员的作息制度按24小时为一个昼夜周期安排，基本上与地球昼夜周期同步。

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航空航天医学

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航空航天医学(Aerospace medicine )是研究人在大气层和外层空间飞行时，外界环境因素(低压、缺氧、宇宙辐射等)及飞行因素(超重、失重等)对人体生理功能的影响，及其防护措施的医学学科。

目录

1航空航天医学发展史

2航空航天医学的研究内容

3失重引起的人体生理功能变化

4航空航天飞行中宇宙辐射对人体的伤害

1航空航天医学发展史

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1770年到19世纪的一百多年的时间里，各国科学家进行了大量的气球载人、载动物的升空试验。当时人们没有认识高空环境会对人体带来危害，没有采取相应的保护措施，以致在升空中发生了人的冻伤、耳痛、意识丧失甚至死亡的严重事故。此后人们便重视和开展高空环境的研究，逐渐认识到低压、缺氧、低温对人体的危害，这是航空医学的萌芽时期。

飞机的制造、飞行是19世纪末20世纪初实现的。当时飞机的性能较低，航行高度仅两千米，飞行速度也仅有每小时500公里。即使这样也发生了晕机、着陆事故、飞机碰撞等急待解决的问题。

第二次世界大战期间，特别是喷气飞机出现后，飞机的性能提高，航行高度增高，速度增快，续航时间延长，出现了由超重、低压、缺氧、低温等引起的医学问题，这迫使各国投入了大量人力物力用于开展航空医学研究。

航天医学是在航空医学基础上发展的。40年代末50年代初，人们进行了广泛的火箭和卫星的生物学试验。动物实验证明人类可以到宇宙航行后，苏联在60年代初首先载人航天成功。随后研究了人在宇宙飞行的安全返回、失重对人体的影响等，证明人可以在失重条件下有效地工作和健康地生活。随着航天技术的发展，航天医学也相应地迅速发展。

2航空航天医学的研究内容

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航空航天医学的研究范围非常广泛，低压缺氧是航空航天中的重要环境因素之一。地球周围包绕着一层大气，大气的固定成分主要是氮、氧、二氧化碳等。地平面上的大气压力每一平方厘米承受的大气柱重量为1.033kg，与同样底面积高760mm的汞柱相等，这一压力值即定为标准压力。大气压力随着高度升高而降低。当外界压力降低到266.89mm汞柱(8000米上空)时，人就会发生减压损伤。

外界环境压力降低时，人体组织内、体液中的气体(主要是在血液和组织液中溶解度高的氮气)会游离在血管内形成气泡。形成的气泡在血管内成为气栓堵塞血管，在血管外则压迫局部组织。

血管内的气泡循环到肺部则出现肺血管栓塞，继发肺循环障碍；气泡在肺脏外胸廓内可造成气胸；气栓在心脏血管内可导致循环障碍。气泡压迫局部组织常见于四肢关节，特别是膝关节、肩关节等处，引起剧烈的疼痛，这种现象，称为“屈肢痛”；飞机迅速上升下降时产生的气压剧烈变化，可引起中耳的疼痛，称为航空性中耳炎。

军用飞机飞行时，气压改变迅速剧烈，咽鼓管功能正常的有经验的飞行员都能及时作通气动作，一般也不会发生中耳损伤。所以选拔飞行员时，要注意耳功能。旅客机一般不会经受压力剧变，所以旅客很少发生中耳气压损伤。

航空中的气压变化还可引起乘员的牙痛，称航空性牙痛，多见于军事飞行人员，其特点是以病牙为中心，向耳周围或颌骨处扩散。民航客机气压变化慢，旅客不会出现航空性牙痛。龋齿继发牙髓损伤常是引起牙痛的主要原因，压力降低，髓腔内残留气体膨胀，压迫血管，引起牙痛。牙本质过敏、牙周炎、冠周炎等也可能引起航空性牙痛。

外界压力降低时，空气中的绝对氧分压也相应降低，引起飞行人员的高空缺氧。在3000米高度时人会出现轻度缺氧，4600米高度可发生中等度缺氧，在6100米以上的高度，可出现严重的缺氧状态。脑和感觉器官对缺氧非常敏感，缺氧直接影响乘员的协调动作和智能功能(记忆、理解、判断)，严重缺氧会引起意识障碍，导致严重的飞行事故。

现代飞机的飞行高度不超过7000米公里，一般仍可用敞开式座舱。性能较高的飞机则采用密封式增压座舱，它可以有效地防护高空的低压缺氧、低温、高速气流等不良因素对飞行人员的伤害。增压座舱主要由能承受一定压差、具有良好密闭性能的座舱结构和环境控制系统组成。增压座舱可分为通风式、再生式两种。

飞行器升、降时会产生超重，航天器在宇宙空间飞行时会产生失重，两者对人体生理功能均有影响。航空航天飞行器飞行时速度快，机动性强，产生强大的超重(又称加速度、过载)。

重力作用于人体的方向由头至足的则称正超重；反之，重力的方向由足至头时称负超重。正超重时，血液受惯性力作用由上身转移到下身，引起头部、上身缺血，视力障碍，严重时可发生晕厥。训练、穿着抗荷服可提高超重耐力。

航天器发射和返回时同样产生时间较长的加速、减速超重，超重值可达8G左右。高G值的超重，人取坐姿难以适应，所以航天员通常采取仰卧姿，这对人体的影响较轻。人对8G值的横向超重可耐受十多分钟。航天中经受的这种横向超重，一般人都可以耐受。

飞行中各种加速度对人体的前庭器官是一种刺激，在适宜范围内一般不会引起不良反应，当加速度刺激频繁、剧烈，时间较长，超过前庭器官的阈值，即可引起运动病反应。运动病有晕船、晕机、晕车、航天运动病等。主要症状是头晕、恶心、呕吐、出冷汗、面色苍白等。病因与前庭器官密切相关，丧失前庭功能的聋哑人前庭器官发育不全的人，一般不会发生运动病。军事飞行中乘员晕机的较多。民航客机飞行平稳，座舱舒适，发生晕机的旅客一般不超过6%。
失重是航天飞行中的一个特殊物理因素。人体的结构特点，保证人对重力的对抗和适应。载人航天实践证明，失重对人体的生理功能有很大影响，但不像原先想象的那样严重。人在失重条件下连续生活工作365天后，返回地球经短期休息，可完全地恢复健康，并未发生不可逆转的生理变化。

3失重引起的人体生理功能变化

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心血管功能改变。失重时人体的流体静压丧失，血液和其他体液不像重力条件下那样惯常地流向下身。相反，下身的血液回流到胸腔、头部，航天员面部浮肿，头胀，颈部静脉曲张，身体质量中心上移。人体的感受器感到体液增加，机体通过体液调节系统减少体液，出现体液转移反射性多尿，导致水盐从尿中排出，血容量减少；出现心血管功能降低征候，如心输出量减少、立位耐力降低等，返回地面后短时对重力不适应。

随着航天的时间延长，心血管功能可在新的水平上达到新的平衡，心率、血压、运动耐力恢复到飞行前的水平。失重引起血容量减少的同时可出现血红细胞、血红蛋白量的减少，这些随着航天时间的延长逐渐恢复正常。

失重时，出现头晕、恶心，腹部不适，体位翻转等运动病症状，称为航天运动病，又称航天适应综合征。发生率约占航天员总数的1/3～1/2。航天初期进入失重后即可发病，持续一周，失重一周之后，前庭功能可对失重适应。有人认为失重时感觉重力的器官将异常信号传入大脑，形成前庭、视觉、运动觉等信号冲突，引起各分析器相互作用素乱，导致航天运动病。航天运动病至今还不能完全预防，发病时可服抗运动病药物。

骨盐代谢紊乱。失重会引起人体的骨无机盐代谢素乱，经尿排出的钙磷增加，钙的排出量每月约六克左右。负重的跟骨、股骨等骨盐丧失较大，上肢挠骨、尺骨则较轻。脱钙的原因是适宜载荷垂直负重对骨骼肌肉的刺激减弱或消失，血液供应减少，骨细胞营养改变，破骨细胞功能增强，成骨细胞功能减弱，分解过程大于合成过程。骨盐的丧失引起骨质疏松，而且持续时间很长。

失重引起的肌肉变化，主要表现在对抗重力的肌群张力减弱，甚至萎缩。原因是抗重力肌不需做功，出现废用性萎缩。一般认为人在失重下生活六个月，生理功能不会发生不可恢复的改变。

4航空航天飞行中宇宙辐射对人体的伤害

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宇宙辐射主要指从银河系各方面来的高能带电粒子流，由质子、光子、电子组成；其次是太阳发生耀斑时释放出的大量高能带电粒子，绝大多数是质子，其次是“粒子；第三种是地球辐射带的射线，带电粒子在近地球空间为地磁场俘获，形成范围很广的高强度辐射区，称地球辐射带。辐射粒子作用于人体细胞使原子产生电离效应。

宇宙辐射经地球大气层的屏蔽，到达地面的剂量很小，人在地面上生活三十年，平均接受的自然剂量仅是4.35～5.5雷姆(剂量当量单位)，所以低空飞行的飞机不会受到宇宙辐射的损害。

载人航天历来重视宇宙辐射对航天员的伤害，航天器及乘员身上都带有各种辐射剂量测定仪，以观察宇宙辐射可能对人体的伤害。观测表明，美苏航天员航天中接受的辐射剂量多数没有达到使人伤害的水平，但少数飞行中航天员接受的辐射剂量比较大。

航天时接受剂量的多少与航行轨道有关，航行轨道高时比轨道低时接受的剂量多。载人航天中还应特别注意重粒子对人的伤害，载人航天器的金属舱壁有防辐射作用，但有一定限度。应尽可能避免航空航天时遭受太阳耀斑的辐射伤害。

飞机乘员的食品供应，应注意营养丰富。飞行前避免食用易产气和富含纤维素的食物，并防止空腹或过饱飞行。航天员的食品除营养丰富、适合口味外，重要的是适合航天条件下食用。航天时舱内一切物体，包括食物，都处于失重状态，会自由飘浮航天食品中肉酱、果酱类半固体食品可装入牙膏状的铝管内，进食时挤压铝管食物即可通过硬塑料管进入口中。这类食品方便安全，但不适合口味，现已少用。面包、点心、肉块、鸡块等可制成一口大小的块状，表面涂有一层可食用的薄膜，以防食品破碎脱屑。

罐装食品是现在航天食品使用最多最受欢迎的食品，内装食品有一定的粘稠性，食用时不会飘浮，性状同地面食品一样。早期的航天食品较简单，仅是一些牙膏软管状和压缩的块状食物，现在航天食品品种有70多种。航天器中还有电热灶，用以加热食品。

长期生活在地球表面昼夜节律周期中的人，心理生理功能逐渐形成与此相适应的人体内环境的平衡，某些功能存在着与昼夜节律相类似的同步变化。外界环境昼夜周期发生变化后，人在短期内不能适应，会出现一些生理功能素乱现象。

大型喷气客机飞行一小时可跨越一个时区。乘喷气客机旅行，高速向东或向西飞行10小时，到达目的地后，两地相较，即提前或推迟10小时。旅客对新的时间不能马上适应，可出现一时性适应困难，引起睡眠障碍、疲劳等症状，同时工作效率降低，体育比赛成绩不理想。因此，有重要任务的旅客(如参加国际会议、重大国际体育比赛者)应力争做到飞行前、飞行后的适应。

飞行前适应是指若向东飞行，飞行前几天就开始每天提早就寝、提早起床，以便尽可能提前适应目的地的环境昼夜节律。飞行后适应是指提前到达目的地，休息1～2天，适应新的环境。

载人航天器绕地球飞行一周，航天员可见到一次日落，一次日出，一天24小时内可见到十几次日落日出的昼夜周期。航天中的昼夜周期是可变的，时间长短决定于载人航天器绕地球飞行的轨道高低，轨道高则昼夜周期长，轨道低则昼夜周期短。

载人航天器飞行轨道一般是近地轨道，绕地飞行一周大约90分钟，24小时内有16个昼夜变化。航天员长期习惯于地球上的昼夜周期，对这种短暂的昼夜变化很不习惯，可出现睡眠不好，易醒、易疲劳，工作效率降低等。航天医学工作者将航天员的作息制度按24小时为一个昼夜周期安排，基本上与地球昼夜周期同步。

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