Все астронавты НАСА сталкиваются с невесомостью в космосе. Долговременный эффект длительного пребывания в невесомости заключается в том, что тело ослабевает. Космические полеты вызывают атрофию мышц и снижение плотности костей. Чтобы предотвратить это или, по крайней мере, ограничить ущерб, в штате НАСА есть спортивные тренеры и специалисты по физической реабилитации, которые помогают астронавтам подготовиться к космическим полетам. Инструкторы также учат астронавтов, как поддерживать свое тело в идеальной форме во время полета, а затем работают с ними, чтобы восстановить их физическое состояние после возвращения на Землю.
Тренеры разработали различные схемы упражнений и силовых тренировок для каждого этапа миссии. Они сосредоточены преимущественно на многосуставных упражнениях с весовой нагрузкой и упражнениях для нижней части тела, чтобы воздействовать на части тела, которые обычно наиболее ослаблены из-за отсутствия гравитации. Мышечная атрофия и потеря плотности костей чаще всего возникают в нижней части тела, которая из-за невесомости меньше используется в пространстве, чем руки и туловище. Такие действия, как стояние и ходьба, дают нашим мышцам и костям постоянную тренировку на Земле; а в космосе вообще почти не привыкают.
Исследования НАСА и разработка программ обучения и оборудования для подготовки, содержания и реабилитации астронавтов внесли существенный вклад в общую совокупность знаний по физиологии (упражнениям). Это также привело к появлению коммерчески доступных тренажеров и оборудования для физиотерапии, вдохновленных НАСА.
Исследования, проведенные НАСА о влиянии космических путешествий на организм - исследования, начавшиеся в первые дни космической программы, еще до того, как кто-либо покинул Землю, - продемонстрировали, что длительное пребывание в условиях низкой гравитации пространства привело к уменьшению количества кальция в костях, деформированным клеткам крови и дополнительному слою жира вокруг сердца (связанное со снижением уровня физической активности). Врачи НАСА провели послеполетное обследование астронавтов, у всех из которых наблюдалась потеря плотности костей и мышц. Агентство решило, что ему придется разработать программы упражнений и оборудование, соответствующие конкретным потребностям космонавтов.
Тренажерный зал
До запуска космической станции NASA Skylab в 1973 году агентство наняло инженера Boeing Гэри Грэма для разработки сердечно-сосудистого тренажера, который поддерживал бы форму сердца и оптимизировал кровоток. Астронавты также должны иметь возможность использовать его в космосе. Грэм и его команда в НАСА создали тренажер для астронавтов под названием CMC Shuttle 2000.
Чтобы использовать CMC Shuttle, астронавты ложатся на спину на тележку, которая скользит по рельсам. Затем они отталкивают ноги от опорной пластины, а затем подтягиваются, держась за регулируемые эластичные шнуры, обеспечивающие сопротивление. При каждом повторении машина перемещает диафрагму пользователя и тренирует грудную полость, привлекая кровь к сердцу и помогая поддерживать как здоровье сердца, так и общий кровоток.
Астронавты использовали CMC Shuttle в 84-дневной миссии Skylab с 1973 по 1974 год. На основе наблюдений за сердцем, мышцами и кровотоком астронавтов, которые использовали его в полете, в конструкцию были внесены дальнейшие усовершенствования.. Компания Contemporary Design лицензировала технологию у Грэма и НАСА в 1991 году и произвела коммерчески доступное оборудование под названием Shuttle 2000-1. Это один из немногих аппаратов, который используется в первую очередь в диагностических и реабилитационных центрах для пациентов, находящихся на постельном режиме. Shuttle 2000-1 не только поддерживает здоровье сердца и нормальное кровообращение, но и предотвращает атрофию редко используемых костей и мышц.
Спортсмены высокого уровня также используют Shuttle 2000-1. Упражнения, выполняемые на тренажере, называемые плиометрикой, обеспечивают сильные, быстрые сокращения мышц. Эти упражнения воздействуют на мышцы как на нагруженные спиральные пружины, обеспечивающие огромные всплески скорости и силы при расслаблении. Так что, будь то реабилитация, техническое обслуживание или перевод тела на следующий физический уровень, машина, разработанная НАСА для астронавтов, делает это возможным.
G-Trainer
В конце 1980-х исследователю НАСА Роберту Уэйлену было поручено найти способы помочь астронавтам сохранить свои силы с помощью новых полетных космических упражнений. Чтобы тело в космосе сохраняло свое нормальное физическое состояние, для упражнений требуются веса, чтобы имитировать действие гравитации на Земле. Уэлен предложил использовать перепад давления воздуха в космических полетах. Отягощение астронавтов воздухом во время упражнений имитировало бы гравитацию, что предотвратило бы деградацию костей и мышц.
До этого момента полетные упражнения для космонавтов были одновременно сложными и несовершенными. Стандартным оборудованием НАСА была крутая антигравитационная беговая дорожка. Чтобы оставаться на месте, к машине запрягли космонавтов. Это было не только неудобно, но и сковывало движения мышц, которым должно было помогать. Уэйлен изменил концепцию беговой дорожки, применив высокие силы давления воздуха, специально откалиброванные, чтобы соответствовать эффекту силы тяжести на этого астронавта.
G-Trainer от Whalen напоминает беговую дорожку, заключенную в надувной замок. Пользователь залезает в герметичное отверстие над протектором. Оказавшись там, астронавт бежит или идет, а машина калибрует надувные секции, применяя давление воздуха к весу астронавта, поднимая тело по мере необходимости, чтобы оттолкнуть нижнюю часть тела, и вручную оказывая те же услуги, что и гравитация.
В 2005 году НАСА и Уэйлен передали патент на G-Trainer компании Alter-G, Inc, которая адаптировала тренажер как для медицинских целей, так и для спортивных тренировок. Беговая дорожка AlterG Anti-Gravity обеспечивает поддержку для пациентов с физической реабилитацией со сниженной силой нижней части тела. Но между ней и моделью НАСА есть одно большое различие, потому что технически беговая дорожка на Земле делает противоположное тому, что она делает в космосе. В космосе воздух добавляет веса и обеспечивает здоровое сопротивление. На Земле это разгружает вес. Сегодня G-Trainer широко используется в реабилитационных центрах, военных госпиталях и в тренировочных центрах как профессиональных, так и спортивных команд колледжей.
NASA активно делится своими знаниями со спортивным сообществом, даже предлагая стажировки по спортивным тренировкам. Стажировка, открытая для студентов, стремящихся заниматься спортом, дает ценный реальный опыт. Охватываются физическая медицина и реабилитация мышц и костей, а также фактические физические оценки пациентов (включая космонавтов). Стажеры также имеют возможность помочь в разработке режимов реабилитации и тренировок.