随着载人航天任务逐步从近地轨道迈向更远目的地，如何在微重力环境下维持宇航员健康仍是关键课题。长期缺乏有效锻炼会导致肌肉、骨骼及心血管系统功能下降，进而影响任务执行与人员安全。尤其在月球或火星等目的地，航天员在着陆后需要迅速恢复并完成自主操作，对体能提出更高要求。

欧洲航天局（ESA）为此开发了“欧洲增强探索锻炼设备”（European Enhanced Exploration Exercise Device，E4D）。ESA表示，这是一套紧凑且多用途的在轨锻炼系统，目标是在飞行期间帮助宇航员保持体能，以应对返回地球或在其他天体表面开展工作的体力负荷。

E4D将四种锻炼模式集成在同一平台上，包括阻力训练、骑行、划船和拉绳训练，并预留后续扩展新训练模式的空间。ESA E4D首席研究员托比亚斯·韦伯（Tobias Weber）称，该设备通过支持更广泛且更灵活的阻力训练，有助于在微重力环境中维持肌肉质量与骨骼完整性。

ESA E4D运营团队负责人兼联合研究员詹妮弗·斯特鲁布尔（Jennifer Struble）强调，E4D的自我监测能力同样重要。她表示，设备集成的基于摄像头的动作捕捉系统可让宇航员实时跟踪训练表现、评估动作执行并进行姿势自我纠正，从而降低对地面监督的依赖，提升训练的安全性与准确性。

ESA宇航员索菲·阿德诺（Sophie Adenot）表示，她期待在εpsilon任务中使用E4D，并已在地面开展相关训练准备。她称，锻炼不仅有助于身体健康，也有助于心理健康，而在微重力环境中保护骨骼和肌肉尤为重要。

覆盖多种训练场景

根据ESA介绍，E4D可支持宇航员完成30多种力量训练动作及多达100种不同变体，其中部分训练形式在微重力环境中属于首次实现。设备最高可提供270公斤负载，并可在举升或放下阶段调节力度，以便按需提高或降低训练难度。

在有氧训练方面，E4D的骑行模块采用基于功率的阻力设定，以确保宇航员按预设努力水平训练，并支持高速高强度骑行。ESA称，该模块还可定制训练方案，例如模拟爬坡或环法自行车赛阶段，以丰富在轨训练组合。

划船模块模拟商业划船机，配备飞轮阻力并可调节强度；拉绳训练则兼具力量与有氧属性，重点锻炼上肢肌群。ESA指出，上肢力量在紧急情况下可能具有重要意义，例如需要将船员从舱内拉出时。

除体能保障外，E4D也被定位为研究平台。ESA表示，通过对比太空在轨训练数据与地面测试结果，研究人员可进一步分析微重力对运动表现与恢复的影响，为面向低轨道以外的长期任务优化对策。

动作捕捉系统用于安全与防伤

E4D的一项核心创新是动作捕捉系统。ESA介绍，安装在国际空间站欧洲“哥伦布”实验舱内的四台摄像头将跟踪宇航员动作、识别解剖标志，并将实时数据回传地球。宇航员可通过平板电脑上的虚拟形象获得姿势反馈。

ESA称，该系统采用即插即用方式，并通过人工智能即时识别身体部位并传输数据用于分析。未来升级方向可能包括引入机器学习与虚拟现实技术，以增强反馈机制；届时，锻炼专家或可通过虚拟现实头盔与宇航员共享同一虚拟空间进行指导。

计划2026年随εpsilon任务在轨演示

ESA指出，未来前往月球门户站等任务将面临比国际空间站更受限的舱内空间，现有锻炼设备可能因重量与体积难以适配。E4D当前版本为技术演示机，旨在为后续更小型、更紧凑的型号奠定基础。

按计划，E4D将于2026年4月随索菲·阿德诺的εpsilon任务抵达国际空间站，随后进入安装与技术演示阶段，多名船员将测试多达100种锻炼变体。ESA表示，演示阶段收集的数据将用于指导未来招标，并推动下一代系统研发。

ESA还称，未来两年内，E4D将集成至国际空间站欧洲哥伦布实验舱，并成为ESA在尺寸与运营责任方面最大的有效载荷。

E4D由ESA委托、丹麦航天局（DAC）开发，动作捕捉技术由瑞典Qinematic提供。ESA表示，该项目旨在提升宇航员健康保障与任务准备能力，为更远距离的人类太空探索提供支持。