失重（英文名称：Weightlessness）是指物体失去或者部分失去了重力场的作用的现象。1687年，艾萨克·牛顿发表了《自然哲学的数学原理》，这本书总结了力学的研究成果，标志着经典力学的初步建立。从牛顿第二运动定律可以看出，当物体在“加速上升”或“减速下降”时，所受到的合力大于物体静止重量，这种现象称为超重；反之，称为失重。

常见的失重有微重力和完全失重。能产生微重力环境的最常用的方法有四种，分别是落塔、飞机、火箭和航天器。完全失重是指物体的向下加速度等于g时，物体对支持物的压力或者对悬挂物的拉力等于0的情况。

利用失重，可以制作合金、加工材料、开发新材料、高效率制得高纯度的药物。人类及动物在失重情况会产生空间运动病、骨质丢失、骨骼肌萎缩和心血管功能降低等。

失重（Weightlessness）是指物体失去或者部分失去了重力场的作用的现象，表现为物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于物体所受重力。失重有时泛指完全失重或微重力状态，失重状态也可以理解为物体所受加速度竖直向下的状态。

生活中，竖直方向没有加速度的物体所受的向下的重力和向上的支持力大小相等，因此相消。例如坐在椅子上的人所受的向下的重力和向上的支持力大小相等，方向相反；而当这个向上的支持力消失的时候，比如突然把椅子抽走，人就会有失重的感觉。对一个只受重力和支持力的物体进行受力分析，规定向下为正方向，由牛顿第二运动定律得，由失重的定义可知，失重是指物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于物体所受重力的现象，因此可得物体失重时有，因此，由此可知，失重可以理解为物体所受竖直向下的状态。

重力就是物体的重量，地球上任何物体都有重量即都受到重力的作用。重力是由于地球对物体的吸引而引起的，地球对物体的吸引力叫作重力。

引力是任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力，是自然界中最普遍的力。

加速度是速度矢量发生变化，可以是运动快慢的变化，也可以是运动方向的变化。一般情况下，速度的方向和大小都可以变化。速度矢量变化的快慢就是加速度。

1687年，艾萨克·牛顿发表了《自然哲学的数学原理》，这本书总结了力学的研究成果，标志着经典力学的初步建立。在此书中，牛顿提出了万有引力定律，两个物体间的吸引力F与二者的质量m1和m2的乘积成正比，而与它们之间的距离R^2成反比。数学表述为：

其中，G为万有引力常数。

、分别为万有引力的两个物体。

指的是、两个物体之间的距离。在卫星绕行运动时，指的是两星球球心之间的距离。如果物体里地球很远，即趋向于无穷时，万有引力接近于0，就是失重现象。

牛顿第二运动定律指出：物体受到外力作用时，它所获得的加速度a的大小与合外力F的大小成正比，与物体的质量m成反比；加速度a的方向与合外力F的方向相同。牛顿第二定律的数学形式为：F=ma。

从牛顿第二定律可以看出，当物体在“加速上升”或“减速下降”时，所受到的合力大于物体静止重量，这种现象称为超重；反之，称为失重。

牛顿第三运动定律：两个物体间的相互作用力大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。若物体A以F1作用在物体B上，物体B必同时以F2作用在物体A上，F1和F2在同一直线上，且F1=-F2。

当人站立随同运载工具获得向上的加速度a时，人从地面上获得作用力就由mg增加为mg+ma（这个力的一部分mg与重力抵消，另一部分ma产生向上的加速度），按照牛顿第三定律，人对地面的压力也就由mg增加为mg+ma，好像人的重量增加了，这个现象称为超重。

当火箭、宇宙飞船或航天飞机在上升阶段和返回大气层的过程中，由于加速度很大，使其结构、设备和人员所受到的惯性力和重力的合力常常大于重力，使人和设备好像变重了。在航天学中常称为“过载”，也称为“超重”。通常用重力加速度g的倍数来表示过载的大小。

飞船在太空作自由飞行的过程中，宇航员还会长时期处于失重的条件下。所谓失重，是指在飞行的航天器或航天飞机这一参考系中，惯性力与地球引力相抵消，使物体受的合力几乎等于零，或者说物体的视在重量为零。失重是宇航员所遇到的完全不同于地面的新环境。与之相伴而来的是一些奇特而有趣的生理效应、物理现象和化学变化。

微重力的定义是指在重力的作用下，系统的表观重量远小于其实际重量的环境。具体而言也可指重力或者其他外力引起的加速度不超过的状态。例如太空就是微重力状态而不是完全失重状态。能产生微重力环境的最常用的方法有四种，分别是落塔、飞机、火箭和航天器。

落塔方法是使物体在下落通道中做自由落体运动，以此实现太空微重力环境模拟。实验装置主要由内、外两部分构成，内部主要为外层隔离舱和内层实验舱，外部主要为塔（井）体、释放机构、下落舱的操作装置、减速回收装置、真空发生装置和提升装置等。美国、日本、中国等国家都建立了微重力落塔，用于短时间微重力实验。落塔、落并法微重力模拟精度可达10-4~10-5g量级，微重力持续时间一般为5s左右。

美国NASA研究中心建立了世界上第一个落塔，之后，德国、日本、西班牙、中国等相继成功研制了更为先进、微重力时间更长的落塔。日本建造了目前最长的落塔，长达490米，可以产生10秒左右的低重力；而当飞机作抛物线飞行的时候，也能产生低重力环境；高空探测火箭也可以产生低重力环境，当火箭发射以后，达到一定高度以后火箭与载荷舱分离，载荷舱进行惯性飞行，其飞行期间也会产生微重力环境。

在环绕地球飞行的飞船上，失重的原因是向心加速度为g，当速度达到第一宇宙速度，能够环绕地球飞行时，发生这种失重。如果把地球比作环绕飞行的飞船，我们也是处于相对太阳的“失重”状态，因为地球万物没有受到太阳“重力”的影响。

长期驻留轨道飞行器：包括空间站、通信/导航卫星等，通常按照设计寿命长期或永久性驻留。其在轨微重力水平主要由轨道高度和轨迹形状确定，通常对应于300~600km轨道高度和椭圆形飞行轨迹。微重力水平一般为10-4~10-6g。

短期飞行轨道飞行器：包括航天飞机、载人/货运飞船、返回式卫星等，通常在轨时间为数天到数十天不等。其在轨微重力水平也主要由轨道高度和轨迹形状等因素确定，为10-3~10-6和椭圆形飞行轨迹。

短时飞行器：包括深空气球、探空火箭、抛物线飞机等，通常飞行时间分别为数小时到数十小时（气球落舱的自由落体时间仅为30~40s）、数分到数十分、数十秒（单次）到数十分（累计）不等。其微重力水平也随轨道高度和轨迹形状等而变化，为10-2~10-4g。通常对应于10~100km轨道高度（火箭最大高度可大于1000km）和椭圆形或抛物线形轨道。

抛物线飞机（有的称失重飞机）飞行是一种利用飞机做抛物线飞行来模拟微重力环境的方法。典型的飞机抛物线飞行，经过平飞加速阶段后，飞机跃起爬升至最高点，然后按抛物线下降，其间可获得20s左右的微重力时间和20s左右的1.8~2g的超重力时间。

美国、俄罗斯、法国、日本、加拿大等国都拥有不同类型的失重飞机，世界上常用的大型失重飞机有美国的KC-135空中加油机、法国的A300、俄罗斯的IL-76、加拿大的A300、日本的MU-300等。大部分微重力两相流与传热方面的实验研究成果是利用这些抛物线飞机作为微重力环境模拟平台取得的。20世纪70年代，中国也研制改装了一架失重飞机。

完全失重是指物体的向下加速度等于时，物体对支持物的压力或者对悬挂物的拉力等于0的情况。当忽视空气阻力时，从高处落下的装满水的水瓶就处于完全失重状态。

完全失重或微重力环境可以摆脱地面中立下无论如何也不可避免的不良影响，例如，在日常生产中，将2-3种元素结合起来构成的合金的性能会比单元素的金属好得多，但是当将比重相差很大的元素融合制造合金时，会因重力引发沉浮现象，从而形成较为明显的分层。而在微重力环境下，这种沉浮现象会消失，因而可以制得地面无法制造的各种混合均匀性能优良的合金。例如地面难以制得的铝锌合金就在1983年第一次在宇航飞机“哥伦比亚号航天飞机”上被制得。这种合金轻且坚硬多孔、结构坚固，是制造飞机、火箭等的良好材料。

重力能使液体、气体中出现沉积、对流、浮力等现象，从而导致材料的晶体结构中出现形变和缺陷。而微重力环境拥有无重力对流、无沉积、无浮力、自约束成形等特点，因此可以实现对各种材料的特殊加工。

利用微重力中无重力对流的特点，当向融化的钢水中充入气体时，液体内的气泡不易分离，这样就能产生如同普通钢一样坚硬、又能像泡沫或者塑料一样浮在水面上的泡沫钢。除泡沫钢外，微重力充气法还能生产泡沫铝和泡沫陶瓷等泡沫材料。

由于微重力环境有无沉积、无浮力、自约束成形等特点，当在微重力环境下对密度、熔点、沸点等性质差异较大的物质进行加工时，可以有效减少晶体的缺陷，从而得到性质优良的合金或者化合物，例如砷化镓在微重力环境下可以制得高质量的单晶。

由于微重力环境拥有自约束成形的特点，在微重力环境下对液体或者熔融金属进行加工时，无需将被加工物放入容器中。这些液体或者熔融金属能够长时间稳定地飘浮在空中，且加工过程中不会有杂质进入，从而获得高纯度、高性能的材料。

微重力状态下的液体能够长时间漂浮在空中，且由于其表面张力和内聚力，这些液体会自发形成标准的球状，因此，微重力环境下，人们可以制造出十分标准的球状滚珠，这种滚珠椭圆度极小，用其制作的轴承的耐用性比普通滚珠强数倍。

微重力环境下，可以十分精准地分离出相对密度不同的多种混合物，因此，在微重力环境下可以高效率得到高纯度的药物、疫苗、病毒等。例如尿激酶、骨胶原、溶菌酶等都是太空制造的产物。

因为人类生活在地球的重力环境下，人类的整个进化过程也都处于重力环境中，人体内的各个生理系统都产生了适应重力环境的生理变化。航天活动中，航天员从长期适应的重力环境突然进入到失重环境，人体的生理和心理系统均会产生一系列适应失重环境的改变，这种适应性的变化所表现出的症状称为“空间适应性综合症”。任何进入太空的航天员都会或多或少地出现这种综合症，有的人重些，有的人轻些。

在失重情况下，人身体上所有与重量有关的感受器官都会发生异常。例如人体内耳有一种感觉线性加速度的器官，称为耳石，是身体的重力感受器，在失重下不能感觉头部的运动。这种异常的感觉会造成一种视定向错觉，这时航天员会感到自己身体和载人航天器都上下倒置。

在失重的情况下，人体骨骼、肌肉等都感受不到压力。这会使得肌肉和骨骼在平常的生活中得不到锻炼，因此会造成肌肉损耗、骨质疏松症等疾病。因此，宇航员为了防止肌肉损耗，每天都需要在跑步机上锻炼。

在没有重力的情况下，体液大量积聚在身体的上半部。一方面，这会导致脸部浮肿，另一方面，也会导致特别纤细的“鹳腿”。它还可能导致循环系统的问题。

心血管系统在维持人体的正常生命活动中发挥着非常重要作用。在航天活动中，尤其是航天员进入微重力环境时，由于流体静压消失和运动减少，心血管系统受到的生理挑战很大。

航天飞行使心脏处于低动力状态，出现每搏量降低、心肌虚损和自主神经调节紊乱。在航天飞行中，大部分航天员表现出窦性心律，但是在飞行早期和出舱活动中航天员较易出现心律失常，如早搏、室性期前收缩、结性二联律等。心血管系统对于微重力环境具有一定的适应性，短暂的心脏节律改变不会影响航天员的健康，被认为是一种功能性的变化。在航天飞行中，尽管航天员处于微重力环境中，其血压没有出现明显变化，但是体内不同部位的血管内压却发生明显变化，表现为上身血管内血压增高、下身血管内压下降。经过航天飞行后，航天员的心血管调节功能出现失调，即超重耐力下降、立位耐力下降、运动耐力下降，表现为晕厥、运动能力降低、不能耐受训练等。这些变化经过有效的干预能使其到飞行前状态。

在失重的情况下，动物的运动会变得迟缓，动作协调性差。由于动物体内主管本体感觉的内耳前庭系统缺乏重力的定向刺激，动物表现出部分与前庭系统失灵有关的运动病。如鱼类表现出转圈反应、螺旋运动、异常的向上或向下俯冲等；一些树栖的无尾类动物和壁虎表现出跳伞动作；四足非树栖动物表现出尾巴旋转和身体异常移动，试图抓住其他物体以固定自己的身体；有些蛇类会利用它们的尾巴和身体进行打结；鸽子和鹌鹑表现出异常的飞行滚动，但如果遮住它们的眼睛，则表现出有规律的转圈运动。