空间站阶段航天员搜救按需服务研究

针对空间站阶段航天员搜救问题,对航天员搜救特点和航天员搜救按需服务进行了分析,提出基于天基信息系统的航天员搜救按需服务和建立航天员搜救按需服务信息系统;以天基信息系统为主要基础设施,基于航天员搜救"拉"和"推"两种服务模式,将搜救需求分析、搜救服务决策、信息获取和信息传输有机结合起来,对航天员搜救按需服务信息系统进行了设计,并提出了系统应用方案。系统可为航天员搜救提供可定制的按需服务,促进航天员搜救一体化、信息化和智能化水平提升。     

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。     

多关节脚限位装置机构设计与仿真分析

对在空间微重力环境下,通过连接空间机械臂来固定和支撑航天员在轨维修操作的多关节脚限位器装置进行研究。多关节脚限位器装置限制航天服的靴子防止航天员脱离脚限位器,同时为航天员在轨维修操作提供多个自由度的调节范围。对多关节脚限位器装置的多关节结构进行设计与分析,针对某些特定动作进行运动学仿真,并进行试验验证。此外,还对关节运动范围进行了分析,使用Adams软件对载荷限制单元防冲击载荷与缓慢变化载荷的能力进行了仿真分析。     

载人飞船组合体期间应急撤离任务规划

航天员长期驻留载人航天器组合体期间,当发生影响驻留安全的故障且决策应急撤离时,需进行应急撤离任务规划,合理安排撤离期间各飞行事件执行时机,以保障航天员安全及时撤离。为此,首先在对应急撤离各影响因素深入分析的基础上,重点研究撤离期间分离点选取需满足的约束条件,并构造拉格朗日函数求解满足条件的分离点;其次以求解的分离点为基准,对分离前后飞行事件进行人工规划;最后,以测控区内发生载人环境异常故障,地面决策应急撤离为例进行规划,实现了撤离项目和撤离时间的量化。结果表明：本文采用的方法能够在应急撤离允许处置时间内完成撤离,且分离前后各事件满足约束条件,测控等待时长较短,能实现航天员在应急情况下安全撤离。     

一种基于肌声信号的穿戴式助力系统运动意图检测算法

针对未来深空探测活动中航天员在多种复杂任务环境下的运动助力需求,提出一种面向航天员穿戴式助力系统的运动意图检测算法。以航天员的关节力矩作为运动意图的表征,利用希尔伯特-黄变换对特定肌肉发出的肌声信号进行滤波处理,以消除由肢体运动导致的伪迹噪声和由传感器引入的高频噪声,并参照肌肉的发力原理对滤波后的肌声信号进行特征值提取,通过机器学习的方法建立肌声信号与关节力矩间的映射关系,使助力系统能够及时准确地识别出航天员的运动意图并实施助力。最后募集了3名志愿者进行了150 000组样本数据关节力矩辨识实验,实验结果表明：所提出算法的决定系数可达0.953 2,能够有效辨识航天员的运动意图。     

空间站出舱活动分离救援技术研究

航天员进行出舱活动时,存在与空间站分离的可能性,涉及航天员安全。救援与空间站分离的航天员,是出舱活动必须考虑的问题。对此,总结了救援技术的发展历程,从人机能力及特性的角度,重点研究了救援的关键技术,包括分离可能性和分离状态分析、救援策略和机制确定、救援系统设计;提出现阶段应以航天员驾驶救援装置返回空间站为主,同时分析了人服特性对控制系统的影响,以及相关新技术的应用前景,指出救援技术的发展趋势是人机系统机动能力的整体提升,可为设计建造实际的救援装置提供思路。     

航天员在轨认知能力监测研究进展

认知能力是影响航天员在轨绩效的重要因素,长期在轨认知能力监测是航天员在轨状态评估的重要方面.总结梳理了自和平号空间站以来在不同时期采用的在轨认知能力监测方法,并对目前取得的中短期和长期在轨认知能力研究成果进行分析.在轨监测的研究结果表明,航天员在轨认知能力下降主要出现在飞行适应初期和返回地球后,在轨期间没有发现明显的认...     

载人登月航天员辐射剂量分析与防护建议

针对载人登月航天员任务全周期中可能遭受空间粒子辐射损伤的问题,从航天器辐射防护设计流程出发,梳理了国际现行航天员辐射防护要求。通过蒙特卡罗模拟程序Geant4构建皮肤、眼晶体、造血器官等效人体组织模型,并对典型载人登月任务航天员受到的辐射剂量开展量化分析。从任务设计和辐射防护设计2个层面,对我国载人登月航天员辐射防护提出建议:在不超过20天的载人登月任务期内,5 g/cm~2铝材料屏蔽下的剂量即可比NASA剂量限值小一个数量级;而如果遭遇极端太阳粒子事件,航天员防护材料可选用聚乙烯等富氢材料作为保护层,屏蔽厚度需要约30 g/cm~2。     

面向空间站在轨服务的人机系统概念设计

针对航天员与空间机器人组成的人机系统,对航天员与机器人的定位和关系进行了分析,根据我国空间站未来舱内外平台运营维护及载荷设备照料对人机系统的任务和功能需求,提出了一种以构型及操作特点与航天员类似的四臂拟人机器人为基础的新型人机系统,并从机器人的机构构型、控制模式及人机交互手段等方面对人机系统进行了概念设计。可为我国空间站后续运营维护手段的配置提供有益参考。     

载人航天废弃物的空间辐射防护性能研究

针对载人深空探索中的空间辐射,特别是大规模太阳粒子事件对航天员的威胁,需要在载人航天器内建立空间辐射应急防护区,为航天员在遭遇太阳粒子事件的时候提供必要的保护。考虑热融化压实技术在降低废弃物的空间占用率、高温杀菌和回收水分的同时能在不增加额外载荷的情况下为航天员空间辐射应急防护区的建设提供材料,在载人航天废弃物模型的基础上,利用Monte Carlo方法对其热融化压实产物的质子防护能力进行了计算,结合太阳粒子事件能谱和组织器官剂量计算转换因子,对不同屏蔽条件下太阳粒子事件造成航天员组织器官剂量的变化进行了研究。结果表明,在10 g/cm~2屏蔽厚度下,皮肤、脑、心脏以及红骨髓的辐射剂量都大大降低,均在剂量限值之下;除了需要对眼采取额外的局部防护措施以外,5 g/cm~2铝屏蔽+5 g/cm~2载人航天废弃物热融化压实产物基本上可以满足对太阳粒子事件的防护需求。     

大型低轨道载人航天器电位主动控制

采用高电压太阳电池阵供电系统的低轨道(LEO)大型航天器会收集周围空间环境电子电流,使其被充电到较高的负电位,从而对航天器交会对接和航天员出舱产生严重的危害,因此对这种航天器表面电位进行主动控制可有效降低航天器运行风险和保障航天员安全。采用地面模拟试验的方法,利用空心阴极等离子体接触器发射电子的手段,模拟太空环境下对带负电航天器表面电位进行有效控制。研究结果表明,最小工质流率大于4.0 sccm时空心阴极发射的电子电流可以抵消航天器吸收的电子电流,实现航天器电位的自适应控制,将航天器表面电位钳制在20 V之内;且随着氙气流率的增加,钳位电压会更小。这一方法将有效避免航天员出舱活动和航天器交会对接时的放电危险,对中国航天器带电效应防护具有很重要的意义。     

Conversations. With Norman Thagard [interview by Johan Benson

This article is an interview with U.S. astronaut Norman Thagard. He was on the Russian Mir 18 mission. Launched to the space station from Baikonur on March 14, 1995, he returned to Earth on the Shuttle 115 days later. With the completion of that mission, Thagard holds the U.S. record for the most time spent in space. Topics of discussion during the interview include: the cultural isolation faced by an American astronaut on a Russian space facility; the physiological and psychological effects of long-duration space flight; the problems of loss of bone and the radiation environment; readaptation to gravity on Earth; and, recommendations to the designers of the Alpha station.     

"Escape" velocity

An astronaut reviews crew escape systems used in the NASA Shuttle Program and explores options for upgrading crew safety on future Shuttle missions.     

Conversations with Sally Ride. Interview by Linda Voss

Sally Ride discusses her career after leaving the astronaut corps, particularly her company, Imaginary Lines, which encourages middle school-aged girls to pursue careers in science and mathematics.     

失重状态下旋转陀螺交互操作的仿真研究

针对在地面难以使用实物进行空间操作任务训练的问题,提出了一种基于人机交互和物理引擎技术的交互操作虚拟仿真方法,并实现了失重状态下旋转陀螺的虚拟操作训练。实现中首先建立航天员和陀螺的三维图形模型和用于碰撞检测的物理模型,并采用虚拟现实设备数据手套和位置跟踪仪实时跟踪获取受训人体的实时运动数据,用于交互控制虚拟航天员的运动,最终通过物理引擎及仿真算法计算失重状态下旋转陀螺的运动状态。结果显示,该方法较好地解决了旋转陀螺定轴特性仿真问题,能够满足虚拟训练的实时性和有效性要求。     

航空与航天大气环境医学工程及其进展

[目的]阐明突破空间大气环境障碍的人机工程内容之一航空航天大气环境医学工程的作用,地位与相互关系及主要进展。 [方法]在运用苏俄和美国等有关资料以及我国预研资料的基础上,对航空航天大气环境医学工程进行较系统的阐述。 [内容]航空航天大气环境因素的危害、航空大气环境医学工程的作用、航天大气环境医学工程的作用、航空航天大气环境医学工程的相互关系。[结论]航空航天大气环境医学工程的基本作用是防护低压、缺氧、高低温和舱内污染等4大有害因素,它保证了飞行员和航天员的安全性并兼顾了航天员的适居性和工效学要求。航空航天大气环境医学工程的相互关系是 3个结合:航空医学与航天医学 (医医结合),航空工程与航天工程 (工工结合),航空航天医学与航空航天工程 (医工结合),而且尚待进一步加强。资料表明,航空航天大气环境医学工程展示了高新的发展前景。     

The critics return to flight

A former astronaut justifies human space exploration and provides a rebuttal to criticism of continued exploration. The discussion includes examples of skeptics' arguments and examples of NASA achievements that have had direct economic and social impacts on the United States.     

A Program Plan for Earth Orbital Space Astronomy

Manned space flight offers the opportunity to couple the astronaut /scientist's ability to select and process data and to calibrate, modify, and repair instruments with the vantage point for astronomical observations provided by a platformlocated above the Earth's atmosphere. The role which manned space flight may play in the 1970-1990 time period in meeting astronomy research needs is examined. The instruments and facilities that appear feasible for that period are described.     

Astronaut-induced disturbances to the microgravity environment of the Mir Space Station

In preparation for the International Space Station, the Enhanced Dynamic Load Sensors Space Flight Experiment measured the forces and moments astronauts exerted on the Mir Space Station during their daily on-orbit activities to quantify the astronaut-induced disturbances to the microgravity environment during a long-duration space mission. An examination of video recordings of the astronauts moving in the modules and using the instrumented crew restraint and mobility load sensors led to the identification of several typical astronaut motions and the quantification of the associated forces and moments exerted on the spacecraft. For 2806 disturbances recorded by the foot restraints and hand-hold sensor, the highest force magnitude was 137 N. For about 96% of the time, the maximum force magnitude was below 60 N, and for about 99% of the time the maximum force magnitude was below 90 N. For 95% of the astronaut motions, the rms force level was below 9.0 N. It can be concluded that expected astronaut-induced loads from usual intravehicular activity are considerably less than previously thought and will not significantly disturb the microgravity environment.     

航天员与类人机器人月面联合探测概念初步研究

介绍了人机联合探测中涉及的类人机器人、遥操作、人机共享控制、地面验证等技术发展现状;对月面类人机器人与航天员联合探测的概念进行了初步研究,规划出了月面人机联合探测系统结构、探测模式和探测任务等;并对类人机器人技术、人机协同操作技术、遥操作控制技术和地面仿真验证技术等关键技术进行了总结。