太空飛行中航天員鍛煉的重要性：從半小時(shí)到多樣化運(yùn)動(dòng)的演變
生命在于運(yùn)動(dòng)。這句經(jīng)典格言用于太空飛行中的航天員身上，顯得格外貼切。
如前所述，航天員在太空飛行中，會(huì)出現(xiàn)體液頭向轉(zhuǎn)移、骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮等變化。為了減少飛行中的身體變化，保持飛行和返回時(shí)的身體狀態(tài)，在太空中開展鍛煉，是載人航天活動(dòng)伊始就受到充分關(guān)注的重要問題。
在早期的載人航天飛行中，由于座艙容積小，飛行時(shí)間短，任務(wù)重，航天員只能進(jìn)行拉力器之類的運(yùn)動(dòng)，每天運(yùn)動(dòng)半小時(shí)。隨著飛行時(shí)間不斷延長，載人航天器座艙環(huán)境明顯改善，座艙內(nèi)配置了各種鍛煉設(shè)備，航天員在太空鍛煉的時(shí)間、次數(shù)，都有了很大提高，鍛煉方式也越來越多樣化。
飛行18天的聯(lián)盟9號飛船，只要求航天員每天鍛煉2次，每次1小時(shí)，主要進(jìn)行自行車功量計(jì)運(yùn)動(dòng)。飛行24天的聯(lián)盟11號飛船，航天員鍛煉時(shí)間延長至每天2.5小時(shí)，并增加了跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)。1975年后，蘇聯(lián)航天計(jì)劃要求航天員每天在太空中進(jìn)行3次共2.5小時(shí)的鍛煉。美國航天員在飛行中的鍛煉時(shí)間雖然少于蘇聯(lián)，但也是逐漸增加的。天空實(shí)驗(yàn)室3次乘組飛行中，航天員的運(yùn)動(dòng)時(shí)間從每天0.5小時(shí)，增加到后來的每天1小時(shí)和1.5小時(shí)。
總的看來，隨著載人航天飛行時(shí)間的延長，對航天員在太空中鍛煉的要求也越來越高，航天員在太空中使用的鍛煉設(shè)施功能日益完備，并且充滿了“太空飛行”的特點(diǎn)。
（1）拉力器
拉力器是早期載人航天飛行經(jīng)常采用的一種鍛煉方法，主要鍛煉手、軀干和腹部的肌肉，可有效預(yù)防一些肌肉群的萎縮和力量減弱，維持部分肌肉群的強(qiáng)度，但對人進(jìn)行整體調(diào)節(jié)的效果較小。
天空實(shí)驗(yàn)室的航天員采用KMⅠ和KMⅡ兩種型號的鍛煉器進(jìn)行體操運(yùn)動(dòng)，每天鍛煉數(shù)次；KMⅡ是一種有5個(gè)彈簧的擴(kuò)胸器，每拉長0.3米，需要用11千克力。
（2）自行車功量計(jì)
自行車功量計(jì)是一種類似自行車的裝置。20世紀(jì)70年代以來，航天員長期太空飛行都采用這種設(shè)施進(jìn)行鍛煉，是長期飛行中應(yīng)用最為廣泛的一種鍛煉設(shè)施。航天員在自行車功量計(jì)上鍛煉的時(shí)間和強(qiáng)度與飛行時(shí)間有關(guān)，一般每天鍛煉1.5～2小時(shí)，運(yùn)動(dòng)量為每千克體重31～71瓦/分。
利用自行車功量計(jì)進(jìn)行鍛煉，對防止心臟和骨骼肌質(zhì)量下降及呼吸功能降低有一定的作用，并可增加循環(huán)血量，改善組織器官的血液供應(yīng)。自行車功量計(jì)除了作為鍛煉工具外，還可記錄航天員在運(yùn)動(dòng)時(shí)的多項(xiàng)生理指標(biāo)，便于對航天員飛行中心血管功能和運(yùn)動(dòng)能力的改變進(jìn)行評價(jià)，但對防止礦物質(zhì)喪失和立位耐力的降低作用不大。
（3）跑臺(tái)
無論是國際空間站上，還是蘇聯(lián)/俄羅斯的空間站上，都裝備有跑臺(tái)設(shè)備。太空飛行中，航天員利用彈性束帶固定在跑臺(tái)上，并承受一定的壓力。由于有力施加在航天員身上，當(dāng)航天員在跑臺(tái)上靜立、行走、跑跳時(shí)，可以鍛煉骨骼肌，并不斷壓迫骨骼，刺激骨組織的重建。
跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)是一種全身性的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)量較大，對心血管、骨骼、肌肉系統(tǒng)都是一種很好的刺激，可減慢抗重力肌萎縮，并可促使神經(jīng)－肌肉功能的協(xié)調(diào)，提高運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性，減輕返回后行走的困難，所以它是當(dāng)前長期載人航天最有效的一種鍛煉方法。
美國的天空實(shí)驗(yàn)室中，航天員利用跑臺(tái)進(jìn)行鍛煉時(shí)，施加在身體上的壓力相當(dāng)于1.1g。蘇聯(lián)的禮炮號空間站上，跑臺(tái)彈性束帶施加在航天員身體上的壓力相當(dāng)于0.62g。
（4）企鵝服
企鵝服是蘇聯(lián)航天員裝備的一種專用的彈性服裝，用于在太空中鍛煉肌肉力量。企鵝服內(nèi)排列了多層橡皮條，當(dāng)航天員肌肉松弛時(shí)，可牽拉前臂到胸部，牽拉膝到下腭，使人處于一種類似“胎兒”的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，航天員為了完成飛行中的各種運(yùn)動(dòng)和操作，必須不斷克服企鵝服的彈力作用，從而達(dá)到鍛煉肌肉的目的。
蘇聯(lián)曾有航天員在175天和185天的太空飛行中，除了睡眠外，都穿著企鵝服，每天大約穿著12～16小時(shí)，為飛行中的身體防護(hù)和肌肉鍛煉發(fā)揮了重要作用。
（5）下體負(fù)壓裝置和下體負(fù)壓褲
在太空飛行的不同階段，對人體下身施加不同時(shí)長、不同水平的負(fù)壓，可以達(dá)到不同的鍛煉效果。飛行初期進(jìn)行下體負(fù)壓鍛煉，可以防止體液重新分布，減輕頭部充血；飛行中期進(jìn)行下體負(fù)壓鍛煉，可以評價(jià)心血管功能狀態(tài)；飛行末期進(jìn)行下體負(fù)壓鍛煉，可以減輕返回地面后的立位耐力下降，并可預(yù)測返回后立位耐力下降的程度，為航天員的醫(yī)監(jiān)醫(yī)保提供信息。
美俄航天員在長期太空飛行中，都使用了下體負(fù)壓鍛煉方法。蘇聯(lián)航天員在175天和185天的太空飛行中，從返回地面前3個(gè)星期就開始下體負(fù)壓鍛煉，每天鍛煉20分鐘，施加的負(fù)壓值由小到大逐漸增加，到返回地球前兩天，增加到每天50分鐘，同時(shí)飲用300毫升鹽水。
下體負(fù)壓鍛煉可利用下體負(fù)壓裝置或下體負(fù)壓褲進(jìn)行。下體負(fù)壓裝置又叫下體負(fù)壓筒，是一種圓形筒狀結(jié)構(gòu)，通過抽氣泵抽氣，可以使筒內(nèi)保持不同的負(fù)壓。鍛煉時(shí)人的下身在筒內(nèi)，腰部用密閉圈密封，使圓筒不漏氣。下體負(fù)壓褲是一種帶有微型泵的裝置，褲子像手風(fēng)琴一樣，由不透氣的紡織品制成，中間有環(huán)形的支持物，以防抽氣時(shí)內(nèi)陷。航天員在飛行中穿著下體負(fù)壓褲時(shí)，會(huì)產(chǎn)生類似地面站立的感覺，并可自由活動(dòng)和工作。與下體負(fù)壓筒相比較，下體負(fù)壓褲使用起來更加方便。
（6）其他鍛煉設(shè)施
在載人航天飛行中，工程專家還為航天員設(shè)計(jì)了其他一些鍛煉和防護(hù)設(shè)施，包括抗荷服、大腿套帶、神經(jīng)肌肉電刺激儀等，以達(dá)到綜合鍛煉和防護(hù)的目的。例如，采用神經(jīng)肌肉電刺激儀，可以補(bǔ)償太空飛行中肌肉活動(dòng)的不足，減輕失重引起的骨質(zhì)疏松和肌肉萎縮。運(yùn)動(dòng)后進(jìn)行神經(jīng)肌肉電刺激，可起到按摩的作用，有利于增強(qiáng)血液循環(huán)，減輕疲勞。在飛行中，如果神經(jīng)肌肉電刺激與下體負(fù)壓鍛煉結(jié)合使用，可以提高下體負(fù)壓鍛煉的效果和安全性。
美國航空航天局還研制出了一種振動(dòng)及蹲舉式舉重臺(tái)，舉重臺(tái)一方面可以產(chǎn)生振動(dòng)，另一方面可以進(jìn)行在軌蹲舉式舉重運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)對航天員下肢骨骼和肌肉會(huì)起到有效的防護(hù)作用。