作(zuò)為(wèi)近地軌道上運行的大型載人航天器，空間站能(néng)夠讓人在太空較長(cháng)時間工(gōng)作(zuò)生活，依靠貨運飛船實現推進劑和消耗品補充，通過航天員進行設備維修與更新(xīn)，延長(cháng)航天器壽命或改變、擴充功能(néng)，是人類在太空的家園。

太空鍛煉必不可(kě)少

       2021年4月29日，22.5噸重的中(zhōng)國(guó)空間站天和核心艙，從文(wén)昌航天發射場啓程飛天，中(zhōng)國(guó)空間站建造進入實質(zhì)性的“施工(gōng)階段”。核心艙作(zuò)為(wèi)空間站的主控艙段，既是空間站的管理(lǐ)和控制中(zhōng)心，也是航天員工(gōng)作(zuò)、生活的主要場所。天和核心艙的密封艙内配置了工(gōng)作(zuò)區(qū)、睡眠區(qū)、衛生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監醫(yī)保區(qū)和鍛煉區(qū)六個區(qū)域。

       從空間站正式啓動建設開始，執行任務(wù)的乘組在軌駐留時間一般要三個月至半年以上。對于執行長(cháng)期太空任務(wù)的航天員來說，身體(tǐ)和心理(lǐ)的健康狀況是一個不可(kě)忽視的問題。

       在失重環境下，身體(tǐ)會發生一系列适應性變化，最主要的變化包括心血管系統的改變、肌肉萎縮和骨丢失。因此，航天員每天必須進行科(kē)學(xué)鍛煉，以對抗空間環境帶來的負面影響。另一方面，航天員返回地面後也需要重新(xīn)适應地面上的重力環境，在太空做好鍛煉防護對于飛行後的恢複也具(jù)有(yǒu)積極的意義。

天宮一号健身車(chē)

       空間站的鍛煉設備就是根據一個乘組每天需要的鍛煉時間和鍛煉強度研發制造，供航天員鍛煉肌肉、心肺功能(néng)，促進中(zhōng)樞神經系統功能(néng)協調，維持失重環境下肌肉功能(néng)和骨骼力量，防止心血管功能(néng)失調、骨質(zhì)脫鈣、骨質(zhì)疏松和肌肉萎縮等，為(wèi)航天員在空間站工(gōng)作(zuò)生活提供強有(yǒu)力的體(tǐ)能(néng)鍛煉保障。

       對于長(cháng)期生活在密閉環境下的航天員來說，鍛煉既是一項重要的“任務(wù)”，同時也是航天員們疏解壓力、放松心情的重要手段。

       2012年6月19日，航天員劉洋首次在天宮一号上使用(yòng)自行車(chē)功量計進行了鍛煉。此後，航天員景海鵬、劉旺、聶海勝、張曉光、王亞平、陳冬等相繼在天宮一号、天宮二号目标飛行器中(zhōng)使用(yòng)太空健身車(chē)鍛煉，并開始嘗試在太空跑台上進行跑步。

       天宮一号健身車(chē)主要用(yòng)于航天員的下肢和心肺功能(néng)鍛煉，采用(yòng)電(diàn)磁阻作(zuò)為(wèi)阻力，兩側有(yǒu)類似于自行車(chē)的腳蹬，整機大小(xiǎo)有(yǒu)大約裝(zhuāng)滿書的書包一樣大，配置有(yǒu)手持式控制器，航天員通過控制器可(kě)以調節阻力大小(xiǎo)。

       大家還記得在天宮二号飛行任務(wù)中(zhōng)，景海鵬和陳冬太空跑步的情形嗎？當時，他(tā)們做的就是天宮二号跑步機束縛系統技(jì )術驗證。景海鵬和陳冬穿上束縛裝(zhuāng)置，在天宮二号跑步機上試驗了多(duō)次以後，終于輕松自如地跑起來。

       研究表明，航天員在太空失重環境中(zhōng)容易産(chǎn)生心肺功能(néng)減弱、血量減少、下肢肌肉萎縮、骨流失等問題，長(cháng)期下去會影響航天員的健身和在軌工(gōng)作(zuò)能(néng)力。天宮二号跑步機就是針對這些不利影響而采取的一項防護手段。

       天宮二号跑步機表面是類似于地鐵安(ān)檢時一排滾動的圓形管，束縛裝(zhuāng)置是一種類似“背心”形狀的裝(zhuāng)置，在失重環境下，鍛煉者穿上它，可(kě)以将模拟的重力加載到鍛煉者身上，通過調節腰帶和胸前的束縛帶長(cháng)度來調節束縛的力的分(fēn)配。

       在“天宮一号”和“天宮二号”健身設備試驗驗證基礎上，在中(zhōng)國(guó)空間站天和核心艙的鍛煉區(qū)，配置了太空跑台、太空自行車(chē)等健身器材，随後還将在實驗艙配置微重力抗阻鍛煉裝(zhuāng)置等體(tǐ)能(néng)鍛煉設備，以全面滿足航天員在軌鍛煉需求。

       太空跑台的跑步帶采用(yòng)類似坦克輪子一樣的履帶式結構，履帶表面是厚厚的緩沖層，可(kě)以有(yǒu)效減少跑步過程中(zhōng)對膝蓋的沖擊，使跑步運動更加舒适。此外，還配置有(yǒu)模拟重力加載系統，可(kě)将航天員與跑步機連成一體(tǐ)，加載系統力量可(kě)調，以實現不同航天員鍛煉時适合自身體(tǐ)重的重力模塊；束縛背心配有(yǒu)緩沖氣囊，使航天員鍛煉起來更加舒适。

       跑步機設置有(yǒu)被動跑步和主動跑步兩種鍛煉模式，被動跑步由跑台帶動航天員跑步；可(kě)進行各種不同運動處方的選擇；主動模式由航天員帶動跑台跑步，可(kě)自主進行不同阻力的設置。跑台整體(tǐ)通過減振系統與艙體(tǐ)連接。為(wèi)什麽要進行減振設計呢(ne)？由于跑步時，人體(tǐ)足底需要承受3~6倍自身體(tǐ)重的沖擊力，會對空間站微重力環境産(chǎn)生嚴重的負面影響。

       試驗證實，采用(yòng)科(kē)學(xué)的隔振設計，能(néng)達到既保持跑台自身的相對穩定性又(yòu)減少跑步時的負面影響，從而保證空間站上其他(tā)設備的正常運行。控制系統可(kě)以對鍛煉設備進行運動參數控制、調節，運動狀态參數采集、顯示、傳輸，通過網絡與地面進行即時通訊與信息交換，使跑台始終處于最佳運行狀态。

       與天宮一号健身車(chē)比較，太空自行車(chē)加大了慣量儲備調節系統，增加了航天員鍛煉過程的運動平穩性和舒适性。束縛系統也做了大的改進，配置了扶手，增加了背墊，鍛煉過程中(zhōng)雙手托住扶手，背部靠住背墊，鍛煉起來更輕松更舒适。

航天健身器材是怎樣“煉”成的

       與“天宮一号”、“天宮二号”鍛煉設備相比，空間站的鍛煉設備是迄今為(wèi)止難度最大、研制周期最長(cháng)的鍛煉器材。

       與生産(chǎn)地面産(chǎn)品不同的是，研制任何一款航天産(chǎn)品，都需要投入巨大的人力、物(wù)力，它都是單台設計生産(chǎn)，付出的心血汗水往往是地面産(chǎn)品的幾十倍。

       比如，同樣功能(néng)的健身器材，在地面基本不受重量限制，調節阻力方式可(kě)以有(yǒu)多(duō)種選擇。但是，當它作(zuò)為(wèi)一項上天産(chǎn)品，就有(yǒu)了可(kě)靠性、耐久性、總重量、總體(tǐ)積等指标的嚴格限制。

       航天器上的重量設計都是“克克計較”，同時還得保證使用(yòng)中(zhōng)、阻尼調節中(zhōng)不能(néng)産(chǎn)生任何粉塵飄逸，這些硬約束條件，要求太空健身器材在材料上必須尋求突破，既要輕，又(yòu)必須有(yǒu)足夠的剛度，在結構上既要安(ān)全，又(yòu)要簡約，便于航天員操作(zuò)。

       航天健身器材系列産(chǎn)品的研制，涉及空氣動力學(xué)、人機工(gōng)程學(xué)、力學(xué)、機械學(xué)等衆多(duō)學(xué)科(kē)知識，同時還要滿足飛行器總體(tǐ)設計要求和航天員的實際需求。比如，太空跑台束縛系統是一項航天員在軌鍛煉的重要裝(zhuāng)備。為(wèi)了航天員穿着舒服，專家多(duō)次聽取航天員的意見，僅一套束縛就做了近20套樣品，持續改進，直至最終定型。太空跑台長(cháng)度較長(cháng)，為(wèi)了做振動試驗，項目組采用(yòng)最大載重30噸的試驗平台做試驗，采用(yòng)專用(yòng)離心機做加速度試驗。

       從2006年開始，澳瑞特與中(zhōng)國(guó)的航天事業結下了不解之緣，接受了研制生産(chǎn)航天員健身鍛煉設備這一光榮而艱巨的任務(wù)。在“特别能(néng)吃苦，特别能(néng)戰鬥，特别能(néng)攻關，特别能(néng)奉獻”的載人航天精(jīng)神鼓舞下，一項項太空健身器問世，有(yǒu)力地保障了飛天航天員的在軌健康。