Kinematyczna analiza Europejskiego Ulepszonego Urządzenia Ćwiczeniowego w trybie bez zasilania

Dlaczego utrzymanie sprawności w kosmosie ma znaczenie

Kiedy astronauci spędzają miesiące w stanie nieważkości, ich mięśnie, kości i serca zaczynają słabnąć, ponieważ nie pracują przeciwko grawitacji. Urządzenia do ćwiczeń na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej pomagają, ale są duże, pobierają dużo energii i nie nadają się do ciasnych statków kosmicznych zmierzających na Księżyc lub dalej. W tym badaniu analizowane jest nowe, kompaktowe urządzenie treningowe, które może działać także przy wyłączonym zasilaniu i pada proste pytanie: czy pozwala ono poruszać się w sposób zbliżony do tego, jaki występuje przy dobrze znanym sprzęcie ze siłowni?

Mała maszyna treningowa na długie podróże

European Enhanced Exploration Exercise Device, czyli E4D, zaprojektowano tak, by zmieścić wiele ćwiczeń w jednej niewielkiej jednostce. Astronauci będą mogli w końcu korzystać z niej do ponad trzydziestu ćwiczeń siłowych oraz treningu aerobowego, takiego jak pedałowanie czy wiosłowanie. Kluczową cechą jest tryb awaryjny, czyli «contingency». W tym beznapędowym ustawieniu koło zamachowe i elementy mechaniczne dostarczają oporu, a sprężyny zwijają liny, więc nie jest potrzebny silnik ani prąd. To ma istotne znaczenie podczas misji dalekiego zasięgu, gdzie moc może być przeznaczona na podtrzymanie życia lub nawigację, a załoga mimo to musi codziennie trenować, by zachować zdrowie.

Testowanie urządzenia

Aby sprawdzić, jak dobrze E4D działa bez zasilania, badacze poprosili czternastu zdrowych ochotników o wykonanie czterech popularnych ćwiczeń na dwa sposoby: na standardowych maszynach ze siłowni oraz na E4D w trybie awaryjnym. Wybrane ćwiczenia to wiosłowanie, wiosłowanie siedząc, martwy ciąg i wyciskanie na ławce — razem angażują górne i dolne partie ciała oraz łączą siłę z pewnym obciążeniem aerobowym. Uczestnicy nosili kombinezon z czujnikami ruchu, które rejestrowały, jak poruszają się ich stawy i z jaką prędkością w trakcie każdego ćwiczenia. Po każdej serii oceniali również odczuwany wysiłek za pomocą standardowej skali percepcji wysiłku.

Jak ruchy porównywały się ze zwykłą siłownią

W wiosłowaniu E4D wywoływał ruchy stawów i prędkości niemal identyczne z komercyjnym ergometrem wioślarskim, choć osoby zgłaszały, że E4D wydawał się nieco trudniejszy. Sugeruje to, że beznapędowe koło zamachowe potrafi naśladować znajomy wzorzec ruchu wiosłowania, dostarczając jednocześnie nieco większego obciążenia. W martwym ciągu ogólne zakresy ruchów stawów również były podobne w obu konfiguracjach. Jednak biodra i kolana miały tendencję do poruszania się nieco szybciej w fazie unoszenia przy tradycyjnych ciężarach, co wskazuje na drobne różnice w tym, jak opór narasta i zmienia się w trakcie ruchu.

Subtelne różnice przy ciągnięciu i wyciskaniu

W wiosłowaniu siedząc osoby poruszały barkami i łokciami przez większy łuk i przy szybszym ruchu barków na E4D, a jednocześnie oceniały ćwiczenie jako łatwiejsze niż na maszynie ze siłowni. Badacze wiążą to z dwoma czynnikami konstrukcyjnymi: E4D używa elastycznych uchwytów linowych zamiast sztywnego, wąskiego drążka, a jego opór pochodzi z koła zamachowego zamiast stosu talerzy. Te cechy razem sprzyjają szerszemu ciągnięciu i nieco szybszemu ruchowi, bez oznak, że zaszkodzi to korzyściom treningowym przy lekkim i umiarkowanym wysiłku. Podczas wyciskania na ławce E4D powodował większe zgięcie barków przez większość ruchu, częściowo dlatego, że ćwiczenie wykonywano na niewielkim nachyleniu i z innym układem drążka niż na płaskiej ławce w siłowni. Mimo tych zmian w kształcie toru ruchu, uczestnicy oceniali ogólną trudność jako podobną.

Co to oznacza dla przyszłych załóg

Podsumowując, badanie wykazało, że E4D w trybie bez zasilania pozwala wykonywać treningi całego ciała z wzorcami ruchu, które w dużej mierze przypominają te na standardowym sprzęcie ze siłowni, a tylko krótkie fragmenty każdego ruchu wykazywały zauważalne różnice. Oznacza to, że astronauci mogliby kontynuować trening serca i mięśni nawet podczas przerw w zasilaniu lub awarii sprzętu, używając jednej kompaktowej maszyny zamiast kilku dużych urządzeń. Choć potrzebne są dalsze badania, by udowodnić, że takie podejście w pełni chroni zdrowie podczas długich misji, wyniki sugerują, że przemyślana konstrukcja mechaniczna może utrzymać podróżnych kosmicznych w ruchu, nawet gdy zgaśnie światło.

Cytowanie: Winther Nielsen, C., Villekjær Østerballe, A., Leisgaard Tougaard, R. et al. Kinematic analysis of the European Enhanced Exploration Exercise Device in unpowered mode. npj Microgravity 12, 41 (2026). https://doi.org/10.1038/s41526-026-00588-y

Słowa kluczowe: ćwiczenia kosmiczne, fitness w mikrograwitacji, trening astronautów, urządzenie oporowe, analiza kinematyczna