我们即将在2030年前登陆月球。那你有没有想过这样一个问题,未来中国人登月之后,在月面上几个人一起干活,一起维护设备,应对突发状况,这个画面究竟是啥样的?
很多人对于太空任务的想象,还是停留在“一个人坐在飞船里面按按钮”的阶段,而现实情况是,2030年前的载人登月,以及未来的火星探测,可都是要几个航天员在失重的太空环境下飘来飘去地去干活的,但这个活要怎么干?如何分工?如何配合?如何在最短时间完成最多最高质量的工作,且不相互干扰?这个事儿,地面只能靠想象,真实情况必须要带到太空里去一步步摸索和尝试。
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这太空协同分工干活的事,最近就被神舟二十三号乘组在天宫空间站的天和核心舱里,给神奇地复原了。这个实验项目,叫做“多人协作界面实验”。也就是在太空微重力环境之下,测试多名航天员分工配合操作设备时候,人机交互系统怎么分配设计是最合理的。
这个实验,是载人登月以及深空探测的预先研究的核心,人因工程试验项目。也就是说今天在天宫测出来的数据,将会直接决定2030年前咱们载人登月飞船的操控面板长啥样,按钮怎么摆,以及交互设备的使用和界面的设计,甚至还包含了几个人要怎么配合干活。
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圈叔就具体介绍一下这个在中国空间站模拟的多人协同实验的过程。首先是在天和核心舱有三名航天员朱杨柱、张志远和黎家盈,他们按照两两编组、三人联合两种模式进入实验状态。也就是说,今天甲和乙配合,下一轮乙和丙配合,再下一轮甲乙丙三人配合,各种配合都相互试了一遍。
除了相互拆队和结合配合之外,他们还要模拟未来深空任务里的真实场景,比如设备坏了怎么修,科学实验如何分工操作,出现故障警报如何交互处理,在地面指挥出现因时空延后时候,要如何远程协同等。干这些活的时候,他们手边有笔记本终端,VR虚拟现实系统,动作捕捉设备,甚至身上还会带上脑电、心率、肢体运动数据采集设备等各种生理监测传感器,各种设备都在采集着这个实验的数据。
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在数据采集过程中,每个人操作花了多长时间?有没有按错按钮?指令传输和执行到不到位?甚至几人之间是如何沟通的?有没有出现分工冲突等等,都被记录下来。毕竟在微重力环境下飘着干活,认知负荷大不大,累不累,动作稳不稳,这些都是地面模拟无法实现的。
有人可能对此觉得不以为然。比如把航天员泡在水里模拟失重,不也是一种地面模拟吗?那其实只是一部分,真实感地面永远模拟不出来。目前来看,中国空间站是我们唯一有真实环境的验证渠道。这也是为啥这项实验必须到天上再做,因为地面上练得再好,到太空里,可能真的不是那么一回事。
未来的登月舱、月球科研站,不是一个人单打独斗,是多名航天员同时作业。那问题就来了:哪些工作一个人就能干?哪些必须两个人配合?岗位怎么划分才能避免有人忙死、有人闲死?简单来说,就是活儿怎么分?
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太空里每个人身上背着价值连城的设备和无比珍贵的任务窗口期,分工不合理,后果不堪设想。
同一个任务,多个人同时操作的时候,信息怎么分配?警报推给谁看?操作权限怎么锁定才能防止两个人同时按一个按钮导致指令冲突?
地面上的多人控制室已经有成熟的设计经验了,但太空里不一样。航天员是飘着的,不是坐着的;身体姿态不稳定,视角随时在变;操作界面如果按照地面习惯来设计,到了天上可能根本够不着、看不清。
地面上干活,你站得稳、拿得准。太空里呢?整个人是飘的,传递一个扳手可能飘歪了,配合操作时身体互相挡着。长期失重还会影响注意力、空间感知能力。
这项试验要观测的就是:漂浮状态下,人与人之间传递工具、互相配合操作,到底会出现哪些地面训练时根本遇不到的障碍?这些障碍怎么通过界面设计来弥补?
登月、火星任务存在天地通信延迟。信号从火星到地球单程就要二十多分钟。地面没法实时指挥。那就意味着,出了问题航天员得自己商量、自己决策。这套试验就是在摸索:通信不畅的时候,乘组内部自主协作标准流程应该是什么样?谁说了算?怎么快速达成共识?
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那为什么要神舟二十三号乘组来做?
原因最直接:2030年前我们要登月。
当前中国空间站一般是3个人驻留,但登月任务不一样,航天员需要在狭小的登月舱里、在月面基地上长期联合作业。
空间站里做这项试验拿到的真实数据,会直接用来设计新一代登月飞船、月面着陆器的内部操控面板和软件交互系统。简单说:现在天宫里测出来的结论,就是未来登月飞行器的设计图纸的依据之一。
未来可能实施超长期太空驻留。几个人在狭小空间里连续协同工作1年以上,团队压力怎么管理、操作失误怎么减少,这些问题不提前研究,到了真执行的时候再改就来不及了。
所以我们有幸在中国空间站,看到了未来登月时候的人机协同的预演,并且还是1.0版,说白了,就是提前把未来可能在探月以及登陆火星时候踩的坑,现在先在天宫里踩一遍。
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