太空失重环境下，宇航员是如何锻炼的？

说说太空失重环境下宇航员为何要锻炼、国际空间站为宇航员锻炼提供的装置、天宫上的锻炼器械、NASA定制的宇航员太空训练计划。

宇航员必须锻炼的三个关键词：肌肉量、骨密度和心血管健康

人在地面时，因为重力的作用，即便你感觉不出，实际骨骼、关节和肌肉都时时刻刻支撑着身体，可以视为它们一直都是在进行着“锻炼”的。

而到了太空的微重力环境下，骨骼和肌肉对身体的支撑度出现大幅减弱，具体表现就是骨密度降低、肌肉萎缩/肌肉量降低。

另外人的心血管系统也会放缓工作效率，不像在地球时那么“努力”地抵消重力、把血液泵送到身体每个部位。

——所以宇航员才会被要求进行锻炼。

与很多人想象的不太一样，宇航员在太空中进行的抗阻训练，强度并不低

加拿大宇航局给宇航员锻炼目的列了五点：

1. 降低骨骼的退化/骨密度流失

2. 保持肌肉（包括心脏肌肉）的力量

3. 为太空行走和空间站工作维持足够的身体行动能力

4. 确保长期太空生活后，宇航员依然有足够的行动力，应对着陆期间的紧急程序

5. 保持身体健康，维持体型，这也有助于回归地面后的恢复

——这也是宇航员必须在太空进行锻炼的原因。后面所有锻炼器械、训练计划，也都是为实现这五点服务的。

NASA有个全球最顶级的宇航员健身和康复专家，叫马克·古利亚姆斯（Mark Guilliams），他为超过40+位宇航员量身定制了在太空中的训练计划。古利亚姆斯的建议是，宇航员在空间站每天至少得花两个小时进行锻炼。

并且，总体上宇航员们的锻炼强度还是相当高的，都是类似于HIIT的高强度间歇训练，再结合抗阻训练（ resistance training ）。

毕竟在微重力环境中，很多动作都要更轻松一些，有事倍功半的意思。

国际站的健身器械，也按照上述目的和要求来特别设计。

国际空间站为宇航员锻炼提供的「三件套」

载人火箭、航天飞机等设备的空间和重量都很宝贵，不可能给宇航员锻炼的空间，相对宇航员执行任务的时间也较短。国际空间站这种「长居寝室」就不一样了。国际空间站主要配备了三台健身设备，让宇航员得以用它们锻炼到全身：

• 骑行台
• 跑步机
• ARED
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这三台设备和地球上的骑行台、跑步机肯定不太一样，锻炼目的和方式也区别很大。依次说说——

• 骑行台

太空骑行台可以拆卸坐垫——实际上骑行垫的存在也只是让宇航员贴着而已，无法真正坐在上面。宇航员需要靠腰部的锁扣+双手扶住，才能进行蹬踏骑行的动作。

地面模拟太空骑行台，因为有重力存在，就必须有坐垫，在太空坐垫就能省了

骑行台的踏板与有些死飞车的锁带一样，固定住脚面。

经常看NBA（如今CBA也有）的人可能看到过，比赛间隙，有些球星下场后也不会坐到板凳上，而是继续在场边骑行台骑行——这是一种保持身体热度、维持肌肉稳定在“运动待机”状态的方式。

空间站的骑行台也有类似效果，最主要锻炼的部位是心血管。

就运动强度而言，在空间站里它是相对最低的。

• 跑步机
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空间站的跑步机与地面区别很大，需要一套相当繁琐的锁扣将人体固定，确保与跑步机跑带垂直，从而才能“跑”——与其说跑，倒不如更像是李宁点燃圣火时的那种空中漫步。

因而，锁扣也有比较高弹性的部分，类似于蹦极的弹力绳，将人稍微刻意的拽到跑带上，肩膀和臀部会感觉到压力，这样才能感觉到摩擦力，真正的跑起来。

空间站的跑步机负重效果是一个变动值，宇航员刚上天，跑步机设定为宇航员自身体重的60%，而后慢慢增加，最终视身体的接受程度，达到85-100%。

——所以下面放的几位太空马拉松，可以理解为他们的真实水准，并没有最终计时的数据那么“快”。

地面上模拟体验太空跑步机

2007年，美国女宇航员苏尼特·威廉斯在国际空间站跑完“波士顿马拉松”，4小时23分46秒，她也是世界上第一个在太空跑马拉松的人 ↓↓

2016年4月25日，英国宇航员蒂姆·皮克为地球上同时间的伦敦马拉松“发枪”，然后自己以3小时35分21秒跑完全程，刷新了吉尼斯世界纪录 ↓↓

插个题外话，上述图片的宇航员（不知道咱们自己宇航员穿的什么牌子），尽管诸如蒂姆·皮克旁边有很明显的伦敦马拉松赞助商、adidas Boost的广告，这些宇航员几乎清一色都选择了亚瑟士的鞋子。不知是否巧合。

• ARED

ARED全称The Advanced Resistive Exercise Device，字面翻译就是抗阻力训练装置。它的“玩法”比较多样，基本所有肌肉都能锻炼到，深蹲、硬拉、腿部肌群训练、拉伸……等等。

——包括目前不少已经投入商业健身房使用的设备，有些灵感和专利也是来自ARED。

ARED 2008年11月上天，设计使用寿命15年，总寿命预计1120万次

可以看到宇航员在ARED上做深蹲（是否模拟负重未知）时，双手摆放的状态（握住杠杆），也有避免自己飘动的原因。而每次深蹲，ARED实际上是一个双向的过程，相比地面，对锻炼到的肌群更加丰富。

ARED能提供的最大阻力是272公斤，这也是根据重力数据设计出的一个模拟地面的重量。

ARED这一套可以各种拆分组合，也算非常先进了。但如果看得更远一些，跑步机骑行台也好，ARED也好，都依然难堪重任，能提供的效果还是太有限。比如人类未来真的去火星，动辄飞行时间以月计算，那就只能考虑「人造重力」了。

当下的思路是通过离心机模拟地球上的重力，这种离心机像一个滚筒，里面会有一把椅子，离心机带来的被动重力，可能要比失重状态下人主动单项锻炼，效果更好些。

天宫上的锻炼器械

这是我国的天宫内部，2016年陈冬和景海鹏第一次完成太空跑步。天宫的跑步机，履带更接近传统跑步机的滚筒式样 ↓↓

陈东表示自己最开始根本跑不起来，“直到第三天，景海鹏跑起来了，还一下子跑了一小时。”

除了跑步机和骑行台外，天空还有用于锻炼肩部和背部肌肉的拉力器，以及下体负压筒。

下体负压筒可以对下半身施加负压，促使血液向下半身流动，改变失重环境中血液朝头部转移的情况，这些也是目前国际空间站通用的失重防护锻炼器。

没找到天宫的拉力器图片，原理接近于上图这个

NASA定制的宇航员太空训练计划

前面提到的马克·古利亚姆斯，为宇航员定制训练计划。每个宇航员的体质和工作职能不同，生理数据差异也很大，训练都是量身定做的。

有一个20分钟版本的宇航员太空训练计划，整个形式接近HIIT——

• 先进行3分钟的热身（跑步机或骑行台）；
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• 通过ARED装置完成3组不同训练，而后进行2分钟的冷身，以及运动后的拉伸。

俯卧撑（卧推）、硬拉、卷腹和深蹲各100次。当然这些动作在太空和在地面做会有不小的区别。

每小组次锻炼45秒，然后休息15秒，而后再进行下一个动作。

迈克尔·霍普金斯原来是美国空军的一员，身体素质和强度要比科研人员都更好一些。

在地面时，宇航员无论什么职能，都进行了长期且大量的核心、背部、上肢力量训练，以及身体柔韧性和灵活度练习，因为在太空，宇航员会有更多翻转动作，狭小的空间里也需要身体尽可能灵活。

即便只是太空游客，也会被要求进行足够的这方面训练，确保到了微重力环境，你对自己身体依然有足够的掌控力。