载人登月任务航天员地质学训练综述

针对中国载人登月任务航天员训练任务分析的需要,综述了NASA在阿波罗号登月任务时期及近期航天员的地质训练情况,以及ESA行星模拟地质学和天体生物学训练进展;另外,还介绍了中国航天员地质学训练情况,以及国内地质学教育主要课程和方法。在此基础上,进一步探讨了中国载人登月任务航天员地质学训练的必要性、训练设计要求和训练实施要求,并对中国载人登月任务航天员地质学训练进行了展望。

俄罗斯航天员选拔训练60年之变化

2024年4月12日是第13个世界航天日,也是苏联航天员尤里·加加林完成人类首次太空飞行63周年。60多年过去了,经过几代人的传承,载人航天事业仍方兴未艾。在太空探索的道路上,航天员们的脚步正在向更远更深的目标迈进。与60多年前相比,现如今俄罗斯航天员的选拔和训练发生了很多的变化,总体来说选拔标准更加宽松,训练方法和手段更加科学和多样,更加注重航天员的专业技能和研究能力的提高。

航天员舱外操作载荷分析的逆运动学建模方法

针对航天员舱外活动中操作动作对扶手和脚限制器约束点造成的载荷进行精细化分析。对失重环境下航天员的运动特点进行了总结,采用逆运动学算法对航天员上肢操作动作进行建模;引入运动耗能、关节角与施力能力的关系、航天服活动反力矩等条件作为冗余系统约束;并考虑身高、体重、工作位点距离等精细化因素对操作载荷的影响。对沿扶手行走和搬运大质量物体典型算例的分析表明,此方法利用最小耗能准则进行出舱活动复杂运动的逆运动学求解具有可行性,基于本方法分析模型精细化参数影响,分析了操作力和力矩载荷与航天员体重、身高和工作位点距离的关系,并可据此开展更加精确的出舱活动操作载荷预测,为有关结构设计提供参考。

空间辐射对肠道菌群及其代谢产物和多系统疾病的影响

维持肠道菌群的稳态对保障人体健康具有重要意义.肠道菌群在调节机体功能方面发挥着关键作用,例如消化、新陈代谢、免疫及认知等,这些生理功能通常依赖于肠道菌群的多样性、菌群结构的稳定性与微生态的平衡性.在空间环境中,航天员会受到包括空间辐射在内的诸多特殊环境因素的影响.空间辐射会造成肠道菌群失衡及其代谢产物变化,使肠道屏障功能受损,进一步引起肠道、心血管、脑及肺等多系统病理损伤.本文分析了空间飞行或模拟空间辐射下肠道菌群稳态及其代谢产物的特征性变化,以及辐射效应下肠道菌群与肠道损伤及其他多系统疾病之间的相互影响,为研究空间辐射病理机制及辐射防护措施提供参考.

空间站任务航天员心理问题及心理支持

长期处于太空极端环境对人的心理产生负面影响,严重时可导致人的心理障碍、行为失调、工作效能降低、并影响飞行任务的圆满完成。心理支持一直是国际上空间站任务中维持航天员心理健康、保持其正常工作能力的重要措施之一。重点归纳了历年来"和平"号空间站及国际空间站航天员发生的主要心理问题,深入总结分析了心理支持的方式方法及效果,为我国空间站任务航天员心理支持方案的设计提供依据。

中国空间生命科学40年回顾与展望

我国空间生命科学的探索起源于20世纪60年代,1981年随着空间生命专业委员会的正式成立,依托此专业的学术交流平台,空间生命科学进入多学科并进多机构建设的新阶段.随着中国载人航天及空间探索研究的深入发展,以分支学科或重大问题为牵引,我国在空间生命科学的几个重要领域取得了一系列关键成果.本文从发展历程、研究成果、平台模型、重大项目与后续展望等方面综述了我国空间生命科学40年的发展历程与标志性成果,为后续发展提供借鉴与参考.

舱外活动系统述评

舱外活动(EVA)系统可分为3部分:1)航天员装备系统,包括舱外航天服(EVA航天服)、安全系绳和机动装置;2)空间支持系统,包括气闸、约束装置、EVA工具、在轨训练设施、遥控自动操作装置,以及表面运输工具;3)地面试验、训练与保障系统,包括减重/失重设施、热/真空试验舱、虚拟现实模拟系统、星体表面模拟场地,以及任务保障设施。文章阐述EVA系统的组成与功能,评述EVA技术现状及发展趋势。

中性浮力水下机械臂关键技术研究

水下机械臂可为航天员中性浮力训练提供转运和定点支持功能,提高训练过程的连贯性和效率。针对水下密封、中性浮力配平和防腐蚀3项水下机械臂关键技术,提出了采用多重冗余密封、浮力块与关节外壳赋形设计的技术方案,选用钛合金和双相不锈钢材料提升了机械臂的防腐蚀性能。研制的水下机械臂产品参与出舱活动训练已超过2年,最长在水下连续使用超过226天,工作状态良好,保证了空间站出舱活动水下试验的质量与有效性。

人体代谢耗氧模拟方法研究

利用沸石分子筛对氧气和氮气选择性吸附的特性,提出了分子筛吸附-解吸模拟密封舱内人体消耗氧气的方法,研制了能够模拟5人耗氧量的试验装置,并对装置的富氧气体氧浓度、密封舱内气体成分吸附情况、耗氧模拟精度及补氮气功能等进行了测试和分析,经环控生保系统集成性能试验的使用考核,装置出口富氧气体氧浓度可达93%以上,耗氧模拟精度优于5%,基本不消耗密封舱内的其它气体成分,能够较好地模拟人体对氧气的消耗。结果表明:分子筛耗氧模拟方法精度高,对密封舱内气体成分影响小,装置工作稳定性好,适用于长期载人航天任务中密封舱环境参数控制能力的研究。

基于力矩比优化的航天员舱外活动仿真

提出了一种基于力矩比优化的航天员人体运动控制算法,该算法综合考虑了反向运动学、反向动力学以及人体工效学等因素,避免了单纯从动力学方面求解所带来的虚拟人体动画所隐含的力量冲突,提高了仿真结果的真实性和合理性。研究结果可为航天员舱外活动的设计和考察提供一定的理论指导和技术支持。

苏/俄舱外航天服技术的进展

苏/俄载人飞船("上升"号与"联盟"号)航天服是软式的,由舱内压力服演变而来,不仅用于短时间的舱外活动,而且作为航天员舱内防护与应急救生使用。月球"海鹰"服原计划用于苏联月球使命的指令长在轨使用。1972年月球项目中止后,在月球"海鹰"服的基础上,经不断改进,形成"海鹰"系列舱外航天服,用于"礼炮"号与"和平"号空间站。自2001年起,"海鹰"-M与美国航天服EMU(舱外移动单元)一起在国际空间站使用。"海鹰"系列的第5个型号,"海鹰"-MK,已于2008年9月运抵国际空间站,还有两套"海鹰"-MK将于2009年抵达国际空间站。"海鹰"-MK是世界上第一种应用内置计算机的智能化航天服,它将在国际空间站上逐步取代"海鹰"-M,投入使用。阐述"海鹰"系列航天服的技术进展,特别是"海鹰"-M与"海鹰"-MK的技术状态。

媒体呈现：女航天员的性别角色--以S网对女航天员刘洋的报道为例的性别分析

媒体报道中对女性不公正对待，已是全球普遍存在的现象。所谓媒体对女性的不公正对待，主要指：媒体强化男性主导意识形态，反映男性观点，宣传传统的性别角色期望；媒体中呈现的女性角色，经常被置于男性的依附地位；媒体报道女性公务人员的内容，常常将重点放在富有女性独特经验的个人生活（包括婚姻家庭及生育情况）等与公务无关的内容，而不是女性所承担的公务本身等。

舱外活动中航天员利用扶手移动的路径规划

航天员在舱外活动中 ,常常需要从一个工作点向另一个工作点移动 .提出了一种用于搜寻两个工作点间最短通路的路径规划的方法 .该方法利用人工智能中的启发式搜索A 算法 ,在用栅格法对三维工作环境进行离散化的基础上 ,采用路径最短原则 ,完成了航天员在舱外活动中依靠扶手移动的路径规划 .对一个例子进行了研究 ,并对结果进行了分析 .规划的路径可为航天员舱外活动扶手的安装位置提供参考依据 ,以减少航天员舱外作业的工作时间。

手控交会对接任务中显示-控制系统的工效学研究

手控交会对接系统是一个典型的有人参与的人-显控系统,显示界面和控制系统的设计是保证航天员完成观察和操作任务的关键。针对显示界面、控制系统的工效学问题以及人-显控系统的评价指标和方法,借助半物理仿真的实验平台,开展了近3500人次的手控交会对接操作试验,试验结果为显示界面设计方案、控制系统参数范围和人-显控系统评价模型等工程设计和工效学评价提供参考。

美国的中性浮力设备及其应用

中性浮力设备是模拟航天失重效应的重要技术装备,介绍了美国中性浮力模拟设备的发展,并分析了美国应用中性浮力设备开展的航天员出舱活动训练、航天器装备研制、大型装备或构件的空间作业技术研究、航天工效学研究与评价等方面的工作,并针对我国未来空间站任务的需求,分析和展望了我国现有中性浮力水槽的应用前景。

航天员的产热和散热问题

航天员的产热与散热是确定飞行器生保系统多项部件设计的重要依据，也是判断航天员劳动强度、安排作息制度、实施医学监督的主要指标。文章结合作者以往工作部份经验介绍了国外３种估测航天员代谢热的方法；归纳了航天员舱内外活动时的产热量，并综合分析其变异的原因；并着重论述了低压条件下影响航天服热交换的因素，从而提出了可以由地面实验所获得的服装通风流率，转换成不同低压下带走同样热量所需相应流率的数学方法。

基于代谢模拟的环控生保系统性能试验方法研究

为满足长期载人飞行任务环控生保系统地面验证试验的需求,提出了一种人体代谢模拟试验评价方法。通过采用新型模拟方法以及对原有方法的改进,显著提高了耗氧、二氧化碳排出、产湿、产热和微量有害气体排出等人体代谢模拟结果的精度。利用该方法开展了环控生保系统集成性能试验,取得了良好的应用效果。最后对冷凝水水质模型和微量有害气体控制试验方法的改进开展了讨论和展望,有利于提高试验的真实性和有效性。

睡眠限制下人的警觉性和瞳孔直径的昼夜节律特征

受多种应激源的影响,航天员在轨执行任务时会出现睡眠不足进而影响其警觉性的情况。为了掌握睡眠限制后人的警觉度在一天中的变化特征,对睡眠不足条件下基于视觉刺激的警觉性和瞳孔直径变化进行研究。8名志愿者参与实验,使用心理运动警觉性测试(PVT测试)和眼动仪分别测量其警觉性和瞳孔直径。实验前3天每天限制睡眠5 h,在上午、中午、下午、晚上和深夜5个时间点测试;实验后2天恢复每天8 h睡眠,在上午、下午和晚上3个时间点测试。结果表明:相对于正常睡眠条件,睡眠限制条件下警觉反应时显著上升(P=0.001),瞳孔直径显著变小(P=0.003);在睡眠限制条件下,警觉反应时和瞳孔直径的节律波动特征更明显,从上午到晚上,警觉反应时呈降低趋势、瞳孔直径呈增大趋势;5天实验数据显示,警觉反应时和瞳孔直径的波动趋势有一定的关联性(r=-0.408,P=0.066)。研究结果可为航天员的警觉性监测和在轨飞行作业任务安排提供参考。

空间领域用高性能聚酰亚胺薄膜现状与发展

新型材料发展是推动航天器发展的动力之一。聚酰亚胺薄膜被誉为新一代的"黄金膜",广泛应用于航天航空、电子封装、新能源等重要领域。文章以航天器特殊环境用薄膜材料需求为背景,重点介绍几种新型聚酰亚胺薄膜特性及其在航天器中的应用,给出了高性能聚酰亚胺薄膜材料在空间领域里的应用前景。

基于扩张状态观测器的无拖曳系统参数辨识

分析了卫星无拖曳控制系统的在轨参数辨识问题,由于无拖曳系统的不稳定性质,需要设计控制器使其稳定,在此基础上进行闭环辨识.根据自抗扰控制原理,设计了扩张状态观测器以估计系统不同控制回路的扰动和状态,基于状态和扰动估计值设计控制器使系统稳定.提出了基于扩张状态观测器(ESO)的多输入多输出系统闭环参数辨识方法.为提高实际应用中的辨识效果,引入积分型滤波器对观测状态中的噪声进行抑制.将这种方法应用于类似LISA Pathfinder的单轴无拖曳模型,对系统动力学参数进行估计,通过数值仿真实验验证了该辨识方法的有效性和实用性.