空军为什么要在太空玩猫？

1947 年，美国空军在微重力环境下与小猫玩耍。1962 年 10 月，同一实验室发表了一份题为“失重人：自我旋转技术”的报告。除其他研究外，该实验室还吸取了观察猫在微重力环境下挣扎的经验教训，并将其应用于人类，为未来宇航员在太空中的行动制定了指导方针。

这个可爱但又充满科学性的实验来自俄亥俄州赖特-帕特森空军基地航空医学研究实验室的行为科学实验室。具体来说，它属于项目编号 7184，“先进系统中的人类表现”。

当时，人类即将进入太空，飞行外科医生开始思考人类将如何应对失重状态。没有人完全确定没有重力的人体会发生什么。他的眼球可能会变形，导致他在宇宙飞船的驾驶舱中几乎失明。他可能无法进食或饮水。他内耳中负责在地球上保持平衡的液体可能会四处晃动或积聚，让他严重迷失方向并感到恶心。

但让航天外科医生担心的不仅仅是身体问题。另一个大问题就是人类能否在太空中移动。显然，要想在太空中有效地工作，宇航员必须能够保持身体稳定，并控制自己相对于所处航天器的方向和动作。如果做不到，他就是一个非常无用的工作人员。

空军知道宇航员可能在广阔的空间内工作，几乎没有什么可以推动他们四处移动，因此他们研究了宇航员总是拥有的东西：自己的身体。如果他能学会利用自己的动作来获得惯性动量来四处移动，他就会成为一名更有效率的宇航员。

为此，赖特-帕特森在 1962 年 10 月的报告中将人体视为一系列圆柱体，每个圆柱体都可以单独或作为更大组件的一部分用作自我旋转的“发动机”。头部有一个圆柱体，躯干有一个圆柱体，每只手臂和腿各有一个圆柱体。因此，从空军的角度来看，宇航员基本上就是一系列挥舞着的部件，其中一个部件可以实现小幅运动，而两个或多个部件可以实现更大的运动。由于重心变化为运动增加了角动量，每种“发动机”组合都略有不同。

无论如何——无论涉及的肢体数量或移动方式如何——特定动作的设计都充分利用了牛顿的作用-反作用定律：肢体的每一个动作都会在整个身体中产生反作用。为了使这个定律更加科学，更不人性化，身体被分成三个控制轴。X 轴是穿过身体中心（肚脐）的前后轴，因此完整的旋转就是一个侧手翻。Y 轴从中间左右移动，因此完整的旋转就是一个空翻。Z 轴是从上到下（从头到脚）的轴，因此完整的旋转就是一个旋转。

报告描述了九种具体动作，并附有分步说明，指出在失重状态下移动只不过是控制动作的微妙平衡。如果操作正确，宇航员可以扭动身体并移动一定距离，而不会挥动。而且，只要对这九种动作稍作调整，他的控制力就会增强。

当时我正在机场写这篇博文，因为航班延误了，我仔细阅读了实际描述，看到“风车”时，我开始大笑，笑得尴尬得让人注意到我。所以，以下是空军概述的九个具体动作。

Z 轴机动

围绕 Z 轴的第一个动作称为猫反射，灵感来自猫本能地旋转以用脚落地。首先，身体挺直，双臂下垂，双腿张开。从腰部开始扭转，并在将手臂伸向两侧时保持这种扭转。双腿并拢，放松躯干。你应该最终保持身体挺直，但已经旋转。通过多次重复此动作，你可以根据需要旋转。

弯曲和扭转是第二个 Z 轴动作。同样，身体伸直，双臂放在身体两侧。然后，腰部向侧面弯曲，双臂向上伸展。接下来，整个上身旋转：双臂从一侧绕着身体前部移动到另一侧，背部保持水平。然后双臂向后收，与躯干平行，从而减少旋转，然后将躯干恢复到起始直立位置。

套索是第三个 Z 轴动作，被归类为连续旋转运动，因为手臂不会停止移动，直到您到达想要去的地方。保持身体挺直，将手臂举过头顶，用双手画出相同的圆圈，本质上是用手臂画出两个相同的圆锥。这里的挑战是对称性；如果一只手臂画出的圆圈比另一只手臂画出的圆圈大，则可能会在练习中引入另一种动作。但权衡是，这是一个简单的动作，但效果很大。单臂变化也有效，并增加了牛仔的感觉。

报告中描述的最后一个 Z 轴动作是风车。这是另一种连续旋转运动，需要腰部持续扭力。从身体伸直开始，用上半身和下半身跟踪相同的圆锥体以相同的方向旋转，同时保持腰部位于两个圆锥体的顶点。这个动作很难，因为保持对称性非常困难；很少有人能像向前弯曲一样向后弯曲以保持圆锥体均匀。另一方面，风车产生的惯性力比单独的套索大得多。

X 轴机动

第一个 X 轴动作称为信号旗。这是另一个连续旋转动作，但要简单得多。将双腿收至腹部，然后将一只手臂举过头顶，同时另一只手臂保持与躯干齐平。在一个流畅的动作中，将举起的手臂向外向下旋转，将放下的手臂向外向上旋转，有效地画出一个圆圈，让你像侧手翻一样旋转。

第二个 X 轴动作是伸展和转动。首先伸直身体，将双臂举过头顶。然后从腰部向一侧弯曲。向一侧弯曲时，将膝盖收进腹部，并在将手臂向上移动到另一侧时保持膝盖收紧。将手臂放回身体两侧，然后伸直双腿以停止移动。报告强调必须严格遵循这些步骤。如果您在错误的时间收起或放下双腿，您可能会在动作中引入一些不必要的动作。

第三个 X 轴动作是 Z 轴弯曲和扭转的一个版本（也是最令人困惑的）。身体挺直，将手臂平行于 Z 轴抬起，同时将腿向上弯曲。将上身向侧面弯曲，然后伸展双腿，但手臂不要移动。从这里开始，将整个躯干向另一侧旋转，保持背部挺直。将腿向上拉回弯曲姿势，然后将躯干旋转回起始位置。重复这些复杂的步骤（报告强调必须按顺序完成）可同时实现围绕 X 轴和 Z 轴的双重运动。

Y 轴移动

第一个 Y 轴运动是双风车。只需将双腿收拢到腹部，将双臂向侧面伸展，然后画圈。要让整个身体完成类似翻筋斗的动作，需要大量的手臂动作，但这是最简单、最对称的动作之一。

报告中的最后一个动作是“触碰脚趾”。首先将身体再次伸直，将双腿收进腹部。保持腰部弯曲，将双腿向前伸展。保持双腿伸直，向前弯曲并伸展双臂，就像您试图触摸脚趾一样。从这个屈膝姿势开始，将双腿移回伸直的起始位置，然后伸直上身。

这九种自转动作是开发和分类更有效的方法的起点，宇航员可以真正实现“在无摩擦的”失重环境中自转。报告强调，某些类型的自转训练对宇航员来说是必需的，可能达到在零重力飞机上进行自转技术课程的程度。

宇航员曾经在空飞机内进行过零重力训练，飞行时会做抛物线飞行，让他们短暂地体验失重的感觉，现在仍然如此。但报告也承认，人类可以很容易地适应新环境，这种自然的适应能力在讨论微重力时似乎更为重要。我可以再挖掘一下，但我还没有找到任何宇航员在飞船上实际使用任何特定的一系列动作从 A 点到达 B 点的镜头。

资料来源：失重人：自我旋转技巧。；该视频中的音乐是 Robin Vining 的“Bicycle Sex”，您可以在此处获取完整专辑。