無重力狀態(tài)下的舉重：在地球上感受宇航員的塑肌運動

1996年，美國國家航空航天局（NASA）的宇航員珊農(nóng)·露茜德在俄羅斯和平號空間站上滯留了188天，在此期間，她花了數(shù)百小時的時間來進行運動。在空間站生活中，運動是她最不喜歡做的事情，但在她的任務(wù)即將結(jié)束之時，她卻覺得，僅僅是完成編寫手冊上規(guī)定的日常運動量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。她開始加大跑步的公里數(shù)，跑步的時候還用一根蹦極繩將身體固定在空間站的跑步機上。由于肌肉缺乏營養(yǎng)及骨密度流失，宇航員在微重力環(huán)境下長時間停留之后，往往都是抬著出艙的。而露茜德的目標(biāo)是，能夠創(chuàng)下女性乃至美國人在太空滯留長時間之后，返回地球時還仍能用自己的雙腳走出飛行艙的記錄。

1996年9月27日，當(dāng)露茜德從亞特蘭蒂斯號航天飛機出艙時，基本上沒讓別人幫扶，這充分證明她在空間站滯留期間嚴(yán)格執(zhí)行了此前制定的運動計劃，而且也說明她當(dāng)時所作出的需要更大運動量的自我診斷是完全正確的。盡管如此，露茜德在太空中還是流失了一定的肌肉營養(yǎng)和骨密度，步伐有點搖晃。NASA的醫(yī)務(wù)人員知道，他們必須找到一種更好的方式，以使宇航員在執(zhí)行更為長期的空間任務(wù)時保持健康。

“當(dāng)時還沒有一個好的解決方案。”羅杰·比利卡（Roger Billica）回憶道，他于1991—2001年期間在約翰遜航天中心擔(dān)任醫(yī)療業(yè)務(wù)處處長。“當(dāng)時我們正在積極籌建國際空間站（ISS），而NASA—和平號空間站計劃正是建立這一合作伙伴關(guān)系的基石。”他說，“這一情況讓我們意識到，長時間失重所造成的肌肉損傷和骨質(zhì)流失是一個大問題。”和平號空間站上有1輛自行車和2臺跑步機，在運動時需要用彈力繩將身體固定在運動器械上。但是單靠這些運動，人的肌肉并不能維持其在正常重力作用下完成一些動作的水平，比如正常站立在地面上這樣簡單的動作。“很明顯，我們需要阻抗運動，”比利卡說，“比如模擬在重力作用下的舉重運動。”顯然，在太空中是沒辦法舉重的，因為杠鈴會漂浮在空中。比利卡和他的團隊決定向全社會征集解決這一問題的解決方案。

這一征集活動吸引了一位名叫保羅·弗朗西斯的建筑師的注意。他記得，當(dāng)時他正坐在堪薩斯城的一家咖啡店里看報紙，恰好看到了關(guān)于露茜德返回地球時所面臨的肌肉營養(yǎng)和骨密度流失的問題，以及比利卡正在尋求解決方案的報道。弗朗西斯其實還是一位發(fā)明家，當(dāng)時他一直在開發(fā)一種新型的家庭健身器械。這種器械最初使用鋼制彈簧來產(chǎn)生阻力，但是他發(fā)現(xiàn)，金屬彈簧在拉伸大約1萬次后會開始斷裂。于是他開始設(shè)計主體為橡膠彈性體的部件，并將其制成螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧，他將之命名為SpiraFlex。弗朗西斯找到比利卡，并在滿屋的NASA醫(yī)務(wù)人員、研究人員和宇航員面前展示了SpiraFlex，并最終贏得了NASA的合同。項目刻不容緩地開始實施了，因為比利卡和他的團隊意識到，如果他們不能快速地決定采用什么樣的運動技術(shù)，那么生活在國際空間站的首批宇航員將無法找到合適的方式來進行運動。“在NASA的資助下，我們開始加快開發(fā)進度，旨在利用上述技術(shù)，設(shè)計出一種符合NASA要求、能夠在空間站使用的阻抗運動器械。”弗朗西斯說。

弗朗西斯的公司與洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin）和威爾實驗室（Wyle Labs）簽訂了合同，開發(fā)出一種新的NASA設(shè)備，并將其命名為中期阻抗運動器械（IRED）。SpiraFlex核心裝置叫做FlexPack，堆疊在兩個IRED罐狀物中，每個罐都有一個螺旋滑輪系統(tǒng)，能夠在線纜拉伸長度范圍內(nèi)提供線性阻力，能實現(xiàn)高達(dá)300磅的阻力。NASA生理學(xué)家邁克爾·雷普利（Michael Rapley）與弗朗西斯在約翰遜航天中心合作完成了IRED的多次迭代。“這是首個專為太空飛行制造的阻抗運動器械。”他說，“我們掌握了很多的技術(shù)，不僅是制造運動器械的技術(shù)，還有關(guān)于在太空中如何保持肌肉和骨骼的技術(shù)。如果不是著眼于開發(fā)IRED，我們就不會掌握這些技術(shù)。”

IRED器械的第一個版本完成之時，正好用于遠(yuǎn)征1號任務(wù)。在該任務(wù)中，3名宇航員從2000年11月至2001年3月一直停留在國際空間站（ISS）上，這也是ISS上宇航員首次長時間停留。直到2009年，高級阻抗運動器械（ARED）正式投入使用，IRED才最終結(jié)束了自己的使命。之前大約有1年的時間，兩代器械處于并行使用狀態(tài)。雷普利說，雖然現(xiàn)在的ARED采用的技術(shù)有所不同，但在很大程度上，其成功開發(fā)仍然要歸功于與SpiraFlex合作所取得的技術(shù)知識。

在與NASA合作制造最初的運動器械之后，弗朗西斯又獲得了更多從該技術(shù)衍生出來的相關(guān)專利，并將之授權(quán)給一家名為諾德士（Nautilus Inc.）的健身器械公司，該公司將SpiraFlex技術(shù)應(yīng)用在其Bowflex Revolution系列家庭健身器械上。同時，NASA也在繼續(xù)改進空間站上已經(jīng)使用的IRED。“我們花了很多年的時間添加了一些新東西，并調(diào)整了設(shè)計。”雷普利說。NASA團隊與弗朗西斯和十字星健身器械公司（Schwinn Fitness，諾德士并購的另一品牌）的工程師合作開發(fā)了一種新技術(shù)，具有更好的可靠性和可維護性，大大延長了FlexPack的使用壽命。

NASA宇航員加雷特?瑞斯曼（Garrett Reisman）正在使用空間阻抗運動器械

OYO Fitness公司最新的DoubleFlex Silver便攜式健身運動器械

據(jù)弗朗西斯說，與此同時，諾德士的Bowflex Revolution系列產(chǎn)品銷售額已經(jīng)超過2億美元，他利用該許可證的特許權(quán)使用費來開發(fā)自己公司的SpiraFlex系列健身器械，然后通過他的新合資企業(yè)OYO Fitness進行銷售。OYO Fitness的首款產(chǎn)品是DoubleFlex Silver便攜式健身運動器械，于2016年1月推出，售價為119美元。該公司通過在Kickstarter上眾籌的形式，從4200多名投資人手中共籌集了65.9萬美元，并推出了一款升級產(chǎn)品DoubleFlex Black，零售價為165美元，其具有更大的阻力和更長的線纜拉伸長度。另外，再增加65美元，還可買到Pro版，其增加了集成傳感器，可藍(lán)牙連接OYO Coaching App（OYO教練）。該公司同時還在開展其他大眾運動和企業(yè)健康計劃。

對于DoubleFlex系列產(chǎn)品，弗朗西斯再次對SpiraFlex技術(shù)進行小型化改進，開發(fā)了一種重量僅為2磅，但卻能產(chǎn)生最大25磅線性阻力的器械，折疊之后還可放入小背包中。用戶可安裝FlexPack，增加5磅或10磅阻力。DoubleFlex的FlexPack是類似于微型杠鈴片的輪形卡環(huán)，其內(nèi)部裝的不是配重塊，而是SpiraFlex扭力彈簧。弗朗西斯稱，DoubleFlex是世界上唯一的一款能夠在一次動作中對兩側(cè)肌肉群同時施加阻力的運動器械，能夠在平衡健身方面起到事半功倍的效果。“我們這款便攜式健身器械結(jié)合了力量與運動，卻不涉及重量或動量，提供了一種隨時隨地都能進行的新的健身方式。”他說道。

NASA的雷普利指出，該技術(shù)是NASA與私營企業(yè)共同反復(fù)嘗試所取得的成果。“在雙方的合作中，最重要的一點在于，如何使雙方都能從這一共同理念上持續(xù)受益。”他說。弗朗西斯的設(shè)計理念是幫助NASA解決國際空間站初期所面臨的健康難題，而通過與NASA的合作，又讓該設(shè)計得到了改進，使其成為一種更為可靠的技術(shù)。十字星公司和諾德士公司的工程師則進一步改進了該系統(tǒng)。“多年以后，NASA再次與私營企業(yè)合作，將新的FlexPack設(shè)計運用到我們已有的IRED設(shè)計中，并再次從中收益。”雷普利說，“這些改變提高了IRED的可靠性，使其在太空中更易維護，也最終降低了IRED的使用成本。”