地球上的生物是在1G的环境下进化的，它们已形成适应1G环境的组织结构。当生物体进入失重环境后，形态与功能就会发生变化，以适应新的重力环境。航天员在飞行中出现心血管功能紊乱、肌肉萎缩、骨质丢失就是一个很好的例证。失重是否会引起病理性改变？其影响的机制是什么？可采用哪些有效的防护措施？人能否长期地生活和工作在失重环境中？这些问题一直是航天医学研究的重要课题，是载人航天事业能否快速发展的前提。同时，通过研究重力在生物体进化中的作用，对生命科学发展也有重要的理论意义。
在地球上进行长时间的失重研究是很困难的，只能离开地球，到太空实验室中或到那些重力低于地球的星球（如月球和火星）上进行。但在太空中进行大批量的医学研究还不现实，这是由于：①在太空中进行科学研究的费用很高，每次飞行的任务很多，不可能花费很多的经费、人力和时间专门进行生物学和医学的研究。②航天过程中除失重因素外，超重、振动、噪声、辐射、舱内气体环境、有害物质等因素对测量对象都有影响，影响实验结果的分析。③生物体，尤其是人的个体差异大，需进行多次重复实验才能发现其中的规律性；同时，需要研究的医学项目很多，在航天飞行中不可能开展过多的研究，④每项研究都需要专业人士参加，并配备各种专业仪器进行测量，航天飞行中不易具备所有研究条件。
因此，除了在卫星上进行一些动物实验外，大部分航天医学实验是在地面模拟条件下进行的。航天医学研究历来是以大量、深入的地面模拟失重效应的实验研究与极少量的、精心设计的航天飞行实验研究相结合的方式进行。故在地面上建立模拟失重效应的模型是十分必要的。建立地面模型有助于实现以下研究目标：①了解失重对机体各系统的影响及其表现形式，确定这些变化的阈值、机体的适应能力和适应时间，并探讨其变化机制；②预测重力变化对机体的潜在性影响，提出预防措施，以保证航天员飞行中的健康和加快返回后的再适应过程；③验证防护措施的有效性，并不断提出各项改进方案。
根据研究对象的不同以及研究目的的不同，科学家已经开发了多种方法满足失重生理研究的需求，但总的来说，可以分为三类：真正的失重方法、模拟失重方法和数学模型。
一、真正的失重方法
（一）航天器绕地飞行
在绕地球飞行期间，航天器受到的离心力和向心力的合力为零，航天器及其附属物品均处于失重状态。由于航天器可以在轨进行短、中、长期的各类飞行，因此它是一种最为理想的失重生理研究平台。但如前所述，此类平台费用高昂、实验条件复杂、研究内容不易重复、复合因素无法排除，以及难以实行有创性研究等原因，无法开展大规模的实验研究工作。但50多年的航天实践中，生物卫星、载人飞船、航天飞机、空间实验室，以及现在仍然在轨飞行的国际空间站和我国的“天宫一号”空间实验室，都为失重的生理影响提供了研究平台。
苏联的生物卫星计划是一项国际合作项目，东欧诸国、美国、法国等都参加了实验。自1966年起每隔1-2年发射一颗生物卫星。卫星飞行最短时间为5天，最长为22天。卫星上载有猴子、大鼠、狗和乌龟等生物，科学家对它们进行了重力生理研究，取得了一系列的丰硕成果。从1981年首飞至2011年退役，美国航天飞机共执行了135次飞行任务，开展生理研究项目数百个，对神经前庭系统、肌肉系统、骨骼系统、心血管系统、血液和免疫系统等重要生理系统的变化特点、变化机制及防护策略进行了研究，积累了许多有价值的资料。从20世纪70年代至今，苏联和美国发展了多批次的空间站项目。空间站可以在轨飞行数年至数十年，为开展中、长期载人飞行提供了平台保障，人类太空飞行最长时间记录438天就是在“和平号”空间站上创造的。如今，由16个国家共同建造的国际空间站，可供6~7名航天员同时在轨工作，始终保持着至少3人且为期6个月的长期考察计划，并为开展生理研究提供了专用舱室，这些都为进一步深入研究失重的生理效应提供了有力保障。我国按照国家航天事业发展需要，已经将“天宫一号”成功发射升空，并完成了我国航天员十余天的在轨飞行任务。在未来10年中，我国将建设长期在轨飞行的空间站，为开展具有我国特色的航天生理研究提供坚实的平台。
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