处于非通电模式下的欧洲增强探索锻炼装置的运动学分析

为什么在太空保持健康很重要

当宇航员在失重环境中停留数月时，他们的肌肉、骨骼和心脏会开始衰弱，因为这些组织不再对抗重力。国际空间站上的锻炼设备能提供帮助，但它们体积大、耗电多，并不适合前往月球或更远目标时的狭小航天器。本研究考察了一种新的紧凑型锻炼机，该机即便在断电时也能工作，并提出一个简单问题：它能否让人以与熟悉的健身器械类似的方式运动？

为长途飞行设计的小型训练器

欧洲增强探索锻炼装置（E4D）旨在将多种训练浓缩于一台小型设备中。宇航员最终可以用它进行三十多种力量训练以及如骑行和划船等有氧训练。一个关键特性是其备用或“应急”模式。在这种非通电设置中，飞轮和机械部件提供阻力，而弹簧将缆绳拉回，因此不需要电动机或电力。这在深空任务中至关重要，因为电力可能优先用于生命维持或导航，但机组成员仍需每天训练以保持健康。

对该装置的测试

为评估E4D在断电时的表现，研究人员让十四名健康志愿者以两种方式完成四项常见训练：在标准健身器械上以及在E4D的应急模式下。选择的动作为划船、坐姿划、硬拉和卧推，这些动作综合锻炼上下身并结合了力量与一定的有氧需求。参与者穿戴了带运动传感器的全身服，记录每个动作中关节的移动和速度。每组训练后，参与者还使用标准的自觉用力等级量表评估感受强度。

与普通健身器械的动作比较

对于划船，E4D产生的关节运动和速度几乎与商业划船机一致，尽管受试者感觉E4D略显更费力。这表明非通电飞轮可以模拟熟悉的划船动作，同时提供稍重的训练负荷。对于硬拉，两种设置下总体关节活动范围也相似。然而，髋部和膝盖在传统负重的提拉阶段往往移动得略快，提示阻力在运动过程中的建立与变化存在细微差别。

拉动与推举中的细微差别

在坐姿划中，受试者在E4D上肩部和肘部的活动弧度更大，肩部运动也更快，但他们却认为该动作比健身器械上更轻松。研究者将此归因于两个设计因素：E4D使用柔性绳索手柄而非刚性窄杠，并且其阻力来自飞轮而不是一叠配重。这些特征共同促成更宽的拉动路径和略快的动作速度，同时在轻到中等强度下未见可能损害训练效果的迹象。在卧推中，E4D导致大多数动作阶段的肩部屈曲更大，部分原因是该动作在轻度倾斜面上进行并采用了不同的杠杆布置，而非在健身房的平板卧推。尽管运动轨迹在形态上有所变化，参与者认为总体难度相近。

这对未来机组意味着什么

总体来看，研究发现E4D在非通电模式下允许人们进行全身锻炼，其运动模式在很大程度上类似于标准健身器械，只有在每个动作的短时间段存在显著差异。这意味着即使在断电或设备故障时，宇航员也可使用一台紧凑设备而非多台笨重器械继续训练心肺与肌肉。尽管还需更多研究来证明这种方法能否在长时间任务中充分保护健康，但结果表明，巧妙的机械设计可以在灯光熄灭时仍让太空旅行者保持有效运动。

引用: 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

关键词: 太空锻炼, 微重力健身, 宇航员训练, 阻力锻炼装置, 运动学分析