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。

手控交会对接中操作者的情境意识和脑力负荷研究

为探究不同任务难度和技能水平下志愿者的情境意识水平和脑力负荷差异,以手控交会对接操作为主任务,招募了15名初学者水平志愿者和12名专家水平志愿者进行实验,每名志愿者进行6次手控交会对接操作,包含3次低任务难度操作和3次高任务难度操作,每次操作完成后填写SART主观量表和NASA-TLX主观量表。研究结果表明:高任务难度操作中操作者的注意集中程度显著高于低任务难度(P<0.05);专家水平操作者的警觉水平和对信息的获取和理解水平显著高于初学者水平操作者(P=0.001和P<0.001);高任务难度操作中操作者在脑力需求方面的负荷显著高于低任务难度(P=0.001);专家水平操作者在脑力需求和时间压力方面的负荷显著低于初学者水平操作者(P=0.001和P<0.001)。研究结果可为航天员手控交会对接训练设计及评价提供理论参考。

心率变异性在手控交会对接操作脑力负荷评价中的应用

目的研究心率变异性指标用于脑力负荷评价的可行性,并对其在手控交会对接脑力负荷评价中的应用进行分析讨论。方法实验研究以手控交会对接操作为主任务,使用心率变异性来表征脑力负荷水平的变化。对8名志愿者进行了两个阶段共6轮的训练,每轮训练由10个共包含了高、中、低难度水平的操作单元组成。通过比较志愿者在两个阶段的关键绩效指标和心率变异性指标,分析心率变异性指标用于脑力负荷评价的有效性。结果在不同的操作难度、训练程度和操作阶段之间,部分心率变异性指标表现出了较强的敏感性,随着训练程度和操作阶段的变化,其敏感性强度也存在一定的差异。结论实验结果表明心率变异性指标可以用于脑力负荷评价,随着训练程度的提高,脑力负荷水平逐渐降低;随着单次操作过程中由前到后的变化,脑力负荷水平逐渐降低。

手控交会对接中技能水平和自动化对操作者绩效的影响研究

目的探讨手控交会对接中操作者技能和任务自动化对操作者的绩效的影响。方法采用双因素混合实验设计,组间变量为操作者技能水平,组内变量为任务自动化水平。15名初学者水平志愿者和12名专家水平志愿者参加模拟手控交会对接实验,每名志愿者进行3次完全手控操作科目和3个半自动控制操作科目。对不同技能水平和自动化水平下志愿者的手控交会对接绩效进行比较。结果专家的燃料消耗、位置偏差、平移速度和姿态角偏差等绩效指标比初学者好。技能水平和自动化的交互作用对绩效指标中燃料消耗、位置偏差、平移速度以及姿态角偏差有显著影响。对初学者组,相比于无自动化辅助条件下,自动化辅助下的任务时间显著降低;燃料消耗显著降低,平移偏差显著降低,平移速度显著降低,姿态角偏差显著降低。对专家组,相比于无自动化辅助条件下,自动化辅助下的任务时间显著降低,燃料消耗显著降低,平移偏差显著升高,平移速度无显著变化,姿态角偏差显著升高。结论技能水平的提高有助于提高绩效,而自动化能够降低手控交会对接的技能水平差距,使初学者能表现出类似于专家的绩效,在操作者技能未能达到任务需求时,可以采用自动控制系统予以辅助。对专家组,自动化辅助显著提高平移偏差和姿态角偏差,这对自动化设计和针对自动控制系统相关要求的训练有一定启示。

手控交会对接靶标的光照遮挡仿真与预报

针对我国交会对接过程中出现目标靶标被遮挡的现象,研究手控对接过程中靶标被遮挡的可能性,并仿真了遮挡过程。首先分析了目标飞行器前锥面和飞船自身以及帆板在交会对接中形成遮挡的特点,基于空间三维矢量投射原理,建立了各部分对靶标底盘产生遮挡的投影模型和遮挡模型,基于交会对接运动规律以及太阳矢量,计算获取了遮挡方位以及遮挡时间,并通过三维图形实时渲染和轨迹变化曲线图再现了遮挡过程,直观易懂。经与神八、神九交会对接光照遮挡比对,验证了方法的正确性及有效性。该方法已成功应用于地面支持任务中。

手控交会对接中动态失误与眼动的相关性研究

目的 探究完成不同难度手控交会对接任务时志愿者的动态失误和眼动差异以及动态失误与眼动间的相关关系,为相关航天任务和航天员训练方法的设计以及类似航天任务中潜在人为失误的预测与预防提供理论指导和参考依据. 方法 以空间站手控交会对接操作为主任务开展试验研究.15名志愿者,每名志愿者在桌面式手控交会对接训练台上完成6次手控交会对接操作,包括3次同等低难度不同科目和3次同等高难度不同科目的操作.利用手控交会对接动态失误捕捉软件对操作者的动态失误进行实时捕捉和记录.同时利用遥测式眼动仪采集眼动数据.利用Excel和SPSS 21.0软件进行数据处理和统计学分析. 结果 ①随着任务难度的提高,操作者的姿态角控制失误数、平移速度控制失误数、多通道控制失误数和失误总数均显著增加（F=16.692～118.049,P＜0.01）;②随着任务难度的提高,操作者的平均注视时间显著降低（F=12.072,P＜0.01）,眨眼频率和总眼跳宽度显著提高（F=10.013、71.660,P＜0.01）;③平均注视时间、瞳孔大小和总眼跳宽度与某些类型失误数和失误总数之间存在中度或显著相关关系. 结论 眼动指标可以作为评价任务难度的指标之一,并可以对手控交会对接中动态失误发生的可能性进行预测.

基于认知任务分析的手控交会对接失误捕捉软件设计

为了实时捕捉手控交会对接过程中操作者的决策失误,设计开发了一款基于认知任务分析的手控交会对接失误捕捉软件。该软件基于技能发展水平的失误分类方法,设定了初学者和专家两种失误判定准则。通过前台报错和后台数据记录的方式,充分获取操作者的失误数据。分别利用初学者和专家水平对软件进行测试,并由航天员主教员对测试结果进行评价。结果表明,所开发的失误捕捉软件能够较为敏感地捕捉到操作者的决策失误表现,且失误的捕捉准确性得到了主教员的验证。

精细追踪类监控作业行为认知建模研究

随着精细追踪类监控任务越来越普遍,此类任务中的认知行为过程也越来越得到关注和研究。本文通过对典型认知体系结构ACT-R的研究及此类任务认知行为的分析,借助拟合ACT-R和QN结构的QN-ACTR认知建模构架,提出了此类任务认知行为的建模方法,选择手控交会对接任务为例建立了认知模型;并对模型有效性进行了验证;表明了认知行为建模可以应用于精细追踪类监控任务,为其认知过程分析提供重要的参考。

中国航天科技集团有限公司

20072007年12月12日,中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重举行大会,庆祝我国首次月球探测工程圆满成功。20082008年9月27日,“神舟七号”载人飞船实施宇航员空间出舱活动,中国成为世界上第三个独立掌握空间出舱技术的国家。20122012年6月18日、24日,“神舟九号”载人飞船与“天宫一号”目标飞行器先后成功进行自动交会对接和航天员手控交会对接。

神舟九号天宫之旅的任务与意义

2012年6月16日18时37分，长征-2F火箭发射升空，将神舟九号载人飞船准确送人预定轨道。神舟九号飞船乘载2名男航天员和1名女航天员，进行首次载人交会对接飞行任务，并开展验证手控交会对接技术、检验飞船与天宫组合体的控制能力、检验组合体长时间载人支持能力、开展空间试验等四项主要工作。

追梦者刘洋

2012年6月16日,中国首位女航天员刘洋和航天员景海鹏、刘旺执行“神舟九号”与“天宫一号”载人交会对接任务,带着13亿人的中国梦飞向太空,瞬间成为世界瞩目的焦点。完成长达13天的飞行任务,在执行手控交会对接时进行监控、支持。刘洋,这个响亮的名字,从此深深刻在了人们的脑海里。

圆满完成任务,就是我的使命——神舟十二号任务乘组指令长聂海胜专访

1998年1月,聂海胜入选我国首批航天员。2005年10月12日到16日,费俊龙、聂海胜驾乘神舟六号载人飞船,在轨飞行120小时,首次实现多人多天太空飞行。2013年6月,聂海胜作为指令长与张晓光、王亚平一道驾乘神舟十号载人飞船成功进入太空,在轨飞行15天,圆满完成与天宫一号目标飞行器手控交会对接、航天医学试验等任务。

黄震:航天,是最让我振奋的事业

他从来没有飞上过太空,但是在太空里翱翔的飞船却少不了他的“助力”:飞船停靠、手控交会对接、绕飞,月面着陆器研制、新一代载人飞船试验船等一系列重要的总体方案均出自他和同伴之手。坐地日行八万里,巡天遥看一千河。从加入中国载人航天工程那一刻起,他的目光就始终在星辰大海间游弋,因为,那里有他的担当和使命。