Trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), các phi hành gia dùng thiết bị chuyên dụng của Nga và Mỹ để đo khối lượng cơ thể thay vì trọng lượng.
Vi trọng lực ở quỹ đạo Trái đất thấp là môi trường khắc nghiệt với cơ thể người. Tác động của môi trường này vẫn đang được nghiên cứu và các phi hành gia phải đảm bảo duy trì thể lực tốt nhất khi sống trôi nổi trong Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).
Phi hành gia André Kuipers của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) sử dụng SLAMMD để đo khối lượng cơ thể. (Ảnh: NASA/ESA).
Ở Trái đất, việc tập thể dục thường phụ thuộc vào cân nặng. Nhưng các phi hành gia đo cân nặng thế nào khi họ gần như ở trạng thái không trọng lượng ngoài không gian? Thực tế, có hai thiết bị trên trạm ISS giúp họ làm việc này: Thiết bị đo khối lượng gia tốc tuyến tính không gian (SLAMMD) của NASA và Thiết bị đo khối lượng cơ thể (BMMD) của Nga. Cả hai đều sử dụng hoạt động lò xo để đo khối lượng cơ thể của phi hành gia thay vì trọng lượng.
Trọng lượng của một người là khối lượng nhân với gia tốc do trọng trường xung quanh người đó gây ra. Ví dụ, trọng lực trên Mặt trăng nhỏ hơn Trái đất nên các phi hành gia Apollo trở nên "nhẹ" hơn khi đi bộ trên bề mặt Mặt trăng. Tuy nhiên, khối lượng của họ vẫn sẽ giữ nguyên. Đó là lý do tại sao các phi hành gia trên trạm ISS đo khối lượng cơ thể chứ không phải trọng lượng.
Khối lượng, giống như trọng lượng, thường đo bằng kilogram. Điều này có thể khiến nhiều người nhầm lẫn và bối rối. Khối lượng là lượng vật chất mà cơ thể chứa, bất kể trọng lực như thế nào.
SLAMMD ứng dụng định luật chuyển động thứ hai của Isaac Newton: Cường độ của một lực bằng khối lượng mà lực đó tác động nhân với gia tốc của khối lượng đó (F = ma). Nằm trong phòng thí nghiệm Columbus do châu Âu xây dựng trên ISS, SLAMMD là một phần của Giá đỡ Cơ sở Nghiên cứu Con người - bộ ngăn kéo chứa nhiều thiết bị tích hợp. SLAMMD nhô ra trên một "cánh tay dẫn hướng".
Để sử dụng SLAMMD, phi hành gia phải quấn chân quanh bộ phận đỡ chân, đặt bụng vào phần đệm bụng và để cằm lên phần tựa đầu. Hai lò xo trong một ngăn kéo được giải phóng và lực của chúng đẩy cánh tay dẫn hướng vào phi hành gia, khiến phi hành gia bị đẩy lùi về phía sau.
Phi hành gia đã biết lực tác dụng của lò xo vì người ta chế tạo nó theo số thông số kỹ thuật nhất định. Gia tốc của phi hành gia khi bị lò xo đẩy lùi được đo bằng một dụng cụ quang học theo dõi chuyển động của cánh tay dẫn hướng và tốc độ di chuyển của nó. Gia tốc được tính bằng cách lấy sự thay đổi vận tốc trong khoảng cách đó (khoảng một mét) chia cho thời gian diễn ra. Sau đó, một máy tính kết nối với SLAMMD thực hiện phép tính đơn giản F = ma để xác định khối lượng cơ thể phi hành gia với độ chính xác 0,2 kg.
Phi hành gia NASA Tom Marshburn sử dụng Thiết bị đo khối lượng cơ thể (BMMD) trong module dịch vụ Zvezda trên trạm ISS. (Ảnh: NASA).
Thiết bị BMMD của Nga nằm trong module Zvezda của trạm ISS. Giống như SLAMMD, nó cũng sử dụng lò xo. Tuy nhiên, thay vì đẩy một lần, một phi hành gia ngồi xổm lên thiết bị và di chuyển lên xuống như gậy nhảy pogo. Tốc độ dao động của thiết bị phụ thuộc vào khối lượng của phi hành gia: Khi không có người ngồi lên, BMMD dao động nhanh hơn nhiều. Do đó, việc tính toán thời gian sẽ giúp ước tính khối lượng cơ thể của phi hành gia.
Việc đo khối lượng cơ thể rất quan trọng khi ở ngoài không gian, giúp đảm bảo phi hành gia không bị mất quá nhiều khối lượng. Nguyên nhân là con người giảm trung bình 1% mật độ xương mỗi tháng khi ở trong môi trường khắc nghiệt này. Cơ cũng teo nhỏ và tim yếu đi vì không cần làm việc vất vả để bơm máu khắp cơ thể.
Để khắc phục ảnh hưởng của vi trọng lực, phi hành gia trên ISS tập thể dục hai giờ mỗi ngày tại phòng gym của trạm để duy trì khối lượng cơ, mật độ xương và sức khỏe tim mạch. Đo khối lượng cơ thể giúp kiểm tra xem họ có khỏe mạnh và cân đối hay không.