空间站舱内定向虚拟训练方法研究

在失重环境下航天员常常以任意的身体姿态漂浮,依赖视觉线索定向便成为舱内航天员必须掌握的生存技能。针对在地面实物模拟器内难以开展空间定向训练的问题,提出了一套基于虚拟现实技术的空间定向训练方法。该方法以虚拟实验舱和核心舱为训练场景,提供三维空间记忆与定向策略,帮助航天员学习任意视角下定向的技能。实验结果表明,在具有不同视觉垂向信息量的舱段内,该方法均能够明显提高定向任务绩效,所提供的空间记忆策略有助于构建具有层次性的空间知识结构,多姿态定向训练能够帮助航天员建立清晰完整的舱内三维结构认知图。     

“发现”号航天飞机顺利完成STS-120任务

北京时间10月23日23时38分,美国"发现"号航天飞机搭载7名航天员,从佛罗里达州肯尼迪航天中心39A发射台上发射升空,执行STS-120任务;25日20时40分,与国际空间站顺利对接。在此次为期15天的空间飞行任务中,航天员共完成了4次出舱活动,主要任务是安装"和谐"号节点舱,同时重新安装了空间站上携带有太阳能电池板的P6桁架,完成人员轮换和物资补给。在空间站建设方面,航天员还检查了国际空间站旋转接头的故障,修复了太阳能电池板的意外受损裂缝。11月8日02时01分,"发现"号航天飞机在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆。     

虚拟现实技术在空间站舱内定向训练中的应用

载人航天中,失重环境和结构复杂的空间站对航天员空间定向能力的影响极大,导致航天员可能出现空间失定向现象。针对在地面难以使用实物进行空间定向任务训练的问题,阐述了虚拟现实技术在空间定向训练中的应用,并对其特点进行了分析,设计了基于虚拟现实技术的空间定向训练系统提供飞行前的适应性训练,使航天员掌握依赖视觉信息进行空间定向的技能,为后续更为复杂的航天员空间操作任务提供新的训练方式。     

中性浮力和失重环境人体运动仿真比较研究

为了模拟失重状态,航天技术发达的国家都建立了用于航天员出舱活动训练的中性浮力水槽。但与太空失重环境相比,水中存在的水动阻力会导致两种环境下人体运动反馈的差异性。基于ADAMS多体动力学仿真软件,按照“飞天”舱外航天服的质量分布,建立了着舱外服人体动力学模型。利用此模型仿真比较了水下和失重环境中肘关节屈伸、肩内收外展、肩矢状面内运动时人体躯干的动力学反馈,发现水下环境中模型躯干的转动速度峰值和平均值均较大。研究结果已应用于神舟七号载人飞行任务出舱活动航天员训练,建立的航天员人体动力学模型可应用于我国未来空间站任务出舱活动仿真分析。     

空间站舱段精细化声振耦合建模与仿真

在空间站长期飞行中,持续、过度的噪声环境会危害航天员的身心健康,并影响工作效率。空间站设备功率大、噪声源数目多、噪声指标严苛,给噪声控制和设计带来很大的挑战。为确保舱段噪声指标满足要求,基于声学有限元方法,根据已掌握的噪声源频谱特性、舱段构型布局、设备安装方式等建立整舱复杂声振耦合精细化噪声仿真模型。对环控、热控及推进分系统等多种噪声源单独工作或同时工作时密封舱内的噪声进行仿真,得到舱内低频噪声水平特性分布。结果表明:声振耦合下舱内的总体噪声水平远高于不考虑声振耦合的情况,并导致三个航天员睡眠区头部的声压级分布差异较大。此外,睡眠区粘贴吸声材料后,对高频段的吸声降噪效果明显,对中频段有一定的降噪效果,但对低频段几乎不起作用。     

漫谈航天员的衣食问题

航天员的衣、食是一项复杂的工程。他们在舱内活动时需穿舱内航天服,舱外活动时又要穿舱外航天服以保证出舱的生命安全。俄罗斯与美国的舱外航天服在外观上相似,但性能差异很大。由于航天员生活在特殊的环境中,为了保证其身体健康,所以航天食品与众不同,吃饭的方式与地面也不同     

空间站航天员出舱活动验证方法与项目

为保证出舱活动任务成功和航天员安全,需对空间站出舱活动所涉及的人、机和环境要素进行充分试验验证。由于在地面难以创造出失重和真空的复合环境,需利用各种验证方法,分阶段、分现场验证出舱活动剖面。剖析航天员出舱活动验证的复杂性,归纳提炼验证方法思路;以出舱活动程序为牵引,系统分析了出舱活动中所涉及的人、机和环境要素,识别各要素之间接口验证需求;确定验证方法和试验现场,整合构建了覆盖出舱活动全任务剖面的验证项目,并应用于空间站出舱活动试验验证。验证试验覆盖全面,提高了研制效益,可推广应用于空间站后续舱段研制。     

空间站航天员信息管理技术初步研究

在空间站任务中,由于工程实施的复杂性及其在轨运行的长期性,航天员参与活动是整个任务的关键所在,而围绕航天员的信息管理必将成为其运营的核心技术之一。首先,详细分析了空间站航天员信息来源,进而研究其信息管理模式与软硬件配置需求,最后提出空间站航天员信息管理框架初步设想,可供工程实践参考。     

空间站机械臂关键技术研究

我国空间站机械臂承担舱段转位、辅助对接、舱外设备安装及维修等关键任务,具有大负载、高精度、高可靠等特点,涉及机、电、热、光、控等多学科技术交叉耦合,高度集成且研制难度巨大。在分析、比较国内外机械臂的基础上,提出了我国空间站七自由度冗余、分布式控制、位置可移动的机械臂技术方案,并阐述了高精度伺服控制、多约束路径规划等八类关键技术研究成果。空间站机械臂已具备了工程化实施条件,为我国空间站工程建设奠定了基础。     

货运飞船遥操作交会对接仿真试验系统初步设计与仿真分析

以无人货运飞船与空间站交会对接为背景,设计并构建了一套货运飞船遥操作交会对接仿真系统,用于模拟空间站内航天员遥操作货运飞船进行交会对接,重点是各种时延条件下的仿真试验及评估分析.试验结果表明:在所设定的时延范围内,燃料消耗和任务用时受到时延大小的影响,而对接成功率和安全率则不受影响,即在TV图像和测量数据等辅助下,可完成航天员遥操作货运飞船与空间站的交会对接任务.     

一种微型载人操作舱系统设计

针对未来载人深空探测任务中太空基地建造、设施在轨加工制造、星体资源抵近勘探和原位利用等复杂舱外操作需求,设计了一种微型载人操作舱系统。首先,根据舱外操作任务开展功能和性能需求分析,确定了微型载人操作舱的供配电、环控生保、测控通信等功能基线;然后进行了结构、能源、环控生保、热控等系统设计;最后,通过仿真分析了重量、功耗和任务时间,并与传统舱外活动装备进行了比较。结果表明,微型载人操作舱总重量小于900 kg,可容纳1名航天员,单次舱外操作时间大于12 h,支持航天员从母体航天器快速进入操作舱执行舱外任务,适用于未来复杂的空间设施建造、资源开发利用和空间站扩展应用任务。     

太空行走的训练

人类长期以来生活在重力环境里,而航天员在舱外执行各种任务时是处于一种微重力环境。在微重力环境下行走或工作可不是一件容易的事,当航天员按照地面的习惯来行走或操作时往往会用力过度,使自己飘离航天器或无法准确地完成操作。而且,在分析航天事故中,可以发现很多事故与航天员违反操作规程和训练不够有关。因此,为了更好地完成出舱任务,航天员在执     

载人航天器操作器系统述评(续)

地球轨道载人航天器的操作器系统用于支持微重力环境舱外活动运作,对空间站的组建与维护以及空间科学实验具有重要的作用。研究分析美国航天飞机与国际空间站及俄罗斯和平号空间站上所有的操作器系统,即美国航天飞机遥控操作器系统;国际空间站上的空间站移动服务系统、日本实验舱遥控操作器系统、欧洲自动臂、轨道更换单元搬运装置、以及改进型天箭号吊机;和平号空间站上的天箭号吊机与舱段再对接操作器系统。其中,轨道更换单元搬运装置与天箭号吊机由航天员直接手动操作,而其它操作器系统都是自动运作。每个操作器系统都有确定的应用目的,合理的设计使它们成功地执行各自所赋予的使命。     

应用于舱外航天服的增强现实显示技术

针对航天员对任务环境信息感知能力的提升问题,介绍了目前舱外航天服显示技术的概念和发展现状.分析了航天员对显示信息的任务需求,比较了增强现实显示技术不同方案的特点,综述了近几十年国内外航天领域中舱外航天服显示技术的研究历程与发展现状;基于舱外航天服显示设备现状,探讨了不同显示技术方案的特点及问题.面对未来更加复杂繁重的太...     

航天员空间定向训练综合评价方法研究

为评价航天员空间定向的训练绩效,结合空间站任务特点提出了需用的训练科目与考核方法;将粗糙集理论和层次分析思想应用于训练的综合评价,挖掘数据之间的联系,建立并优化出一套训练评价指标体系;结合主客观组合赋权方法的结果确定每个指标的综合权重,进而分层次地获取综合评价结果。通过实例计算对比分析了各综合评价方法的结果,验证了所提评价方法。     

跨世纪的航天工程国际空间站

国际空间站是世界航天领域最大规模的载人航天工程,它由6个实验舱、1个居住舱、3个结点舱、平衡系统、供电系统、服务系统和运输系统等组成,其总重为500吨。建成后的国际空间站可容纳7-15名航天员同时在太空工作     

国际空间站俄罗斯舱段20年主要科研活动及未来部署综述

国际空间站是目前在轨运行最大的空间平台,是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室,为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源,支持人在地球轨道长期驻留。俄罗斯舱段作为国际空间站重要组成部分,除承担与载人飞船对接的任务外,还在技术开发与验证、人体研究、教育活动与推广、生物学与生物技术、物理科学及地球与空间科学等6个研究领域开展了大量的科学实验,其中以人体研究领域的实验最多。有很大一部分实验是长期持续开展的系列实验,且每期实验的研究重点围绕总目标逐步深入,取得了多项有价值的研究成果。未来几年,俄罗斯还计划发射3个舱段,并在此基础上建设独立运行的本国轨道空间站,俄罗斯舱段仍有巨大的应用前景。     

美国EMU与SAFER技术状态

美国航天飞机与国际空间站的舱外活动航天员装备由舱外移动单元(EMU)及简易EVA自救装置(SAFER)组成,其中EMU即舱外活动航天服系统,包括航天服组件(SSA)、生命保障系统(LSS)及EMU辅助设备;SAFER为简化的机动装置,用作航天员自救装置。此外,借助数字相机,SAFER也有可能用为检测工具。阐述微重力环境中美国舱外活动航天员装备的功能、组成以及相关技术的发展。     

太空行走四步曲

2008年9月27日,神舟七号航天员翟志刚首次出舱活动,成为中国太空行走第一人。那么,他是如何进行太空行走的呢?神舟七号航天员的具体出舱过程非常复杂,它分为4个阶段,时间跨度很长:在轨组装、检查与训练段约为14.5小时;出舱准备与过闸段约为5.25小时,舱外活动段约为30分钟;返回过闸段约为50分钟,其中最危险和最难的是舱外活动段。由这4个阶段衔接起来,才能完成出舱活动任务。在这4个阶段里,有很多的操作是很     

面向补给任务的空间站共轨飞行器部署研究

以降低空间站为共轨飞行器补给燃料时补给机动的轨道面外冲量为目标,提出共轨飞行器位置部署分析方法。以光学舱作为共轨飞行器实例进行研究,在分析光学舱补给任务基础上,设计了补给变轨方案。基于虚拟平面思想提出了光学舱共轨部署的拟共轨轨道概念,推导了零面外机动条件下光学舱相对空间站升交点部署位置的一般解析计算模型,并在圆轨道假设条件下得到了简化解析计算模型,最终得到光学舱相对空间站的相位与升交点赤经部署模型。仿真结果表明,光学舱部署位置解析计算模型可以满足工程需求,不同相位条件下升交点赤经部署结果与数值解的相对误差小于3%,采用该解析方法进行光学舱位置部署后,补给任务轨道面外机动降低至原冲量的3.5%以下。