NASA空间站模拟训练舱

国外航天 · 2016-11-1 01:27:35

我们常能通过电视画面或照片欣赏到航天员在太空生活和工作的情景,虽然太空那个庞大的“家”并不是他们建造的,但他们对“家”是那么熟悉,连执行起任务来都得心应手。于是,让人不免好奇,航天员是如何准确地掌握太空中航天器的内部结构和操作程序的?　　为了让航天员在太空工作起来游刃有余,在没有太空真实环境的地面上,人们想出了种种办法来模拟太空环境、训练航天员。“台上一分钟,台下十年功”,各国飞天的航天员都是在长期和模拟设备交互接触的仿真情境中练就一身过硬本领的。那些通过选拔的预备航天员更是被要求在模拟情境中进行严格的学习训练,达标后方有机会上天一显身手。在美国约翰逊航天中心(以航天员选训而著名,拥有航天员选拔训练最先进的高科技设施)9号大楼的北部,就有一处被称为“航天器模拟设备”(Space Vehicle Mockup Facility ,简称SVMF)的大型设施群。人们在这里驻足,常会以为自己已经驾驶着航天飞机进入到太空,飞到了国际空间站。 　　空间站模拟训练舱,也称空间站模型和训练设备(Space Station Mockup and Training Facility,简称SSMTF),是一个全尺寸、高保真国际空间站集群的复制品。目的是提供飞行乘组交互界面来训练对国际空间站运行、乘组系统和维护的飞行乘组成员、管理人员、乘组健康护理人员。这个设备也被用来开发和验证操作程序及交互界面的设计,是NASA航天器模拟设备中最主要的部分。为了达到建造目的,该设备规定环境、人员和项目要尽可能真实地与航天员将会在轨道空间站经历的情境匹配。通过1G条件下有效的乘组训练、设备器件评估和程序确认,SSMTF力争确保日后太空轨道上航天员们的最大安全和任务成功。为了满足飞行乘组人员、工程师、科学家的多种需求,训练设备还提供模拟的工作和生活空间,并装配有不同真实飞行条件下的系统和设备器件,适合进行实时仿真模拟练习。 　　　　“命运”号实验室模拟器 　　2001年2月7日,STS-98航天飞机任务将“命运”号实验室(U.S.Lab)送入太空,成为ISS的中心部件。在那里,科学实验可在近似于太空零重力的环境中开展。“命运”号实验室模拟器是国际空间站长期考察组乘组成员在地面上的主要训练舱室。它有着高保真度的组件,由3个圆柱形的舱段和2个锥体(endcone)舱门构成,内有6个高保真训练架,活动相机/视频、音频、预警系统以及轻重量舱门。在中央舱段的一侧,同太空中的“命运”号一样,它也装有一个直径为50.9厘米的窗子。航天员们在这里进行相关的训练操作,学习使用各种设备和器材,并对所有可能在太空中出现的情况进行演练,以便能在执行太空任务时熟练有序地操作。该模拟器支持的训练类型有音频系统、照相/电视、乘组健康,空间站系统、飞行中维护和应急程序。具体如在模拟器预警训练部分,设备可以告诉航天员舱内是否有泄露、是否存在火情,甚至是处理操作有没有错误,不断训练航天员的应对能力和操作技巧。当显示火警信号并发出警报时,航天员要能迅速通过显示器明确报警传感器位置,及时查明火灾位置并采取相应的灭火措施。通过这些地面模拟练习,航天员可以有效地实现自救,避免在太空中发生严重的火灾和气体泄露事故。 　　　　“团结”号节点舱1模拟器 　　“团结”号节点舱1模拟器是一个高保真的实物大模型,直径4.57米,长5.47米,由零重力存放架、轻重量舱门、应急设备、照明和非功能性电力和冷却系统组成。该模拟器支持的训练类型有操作节点舱1系统、装载、泊位摄像系统、以及飞行中维护和应急程序。“团结”号节点舱1是国际空间站生活区和工作区之间的一个连接通道,1998年12月4日进入太空,是美国为国际空间站建造的第一个组件,也是现今空间站上三个相同的连接舱中的第一个(后两个分别是2007年发射的“和谐”号节点舱和2010年新发射的“宁静”号节点舱)。任务训练中,航天员在节点舱模拟器内必须掌握装载、搬运物品、应急程序等规定操作。例如,这次“宁静”号与“团结”号节点舱对接,向“宁静”号搬入耐力训练装置、空气循环系统、水回收系统、制氧系统设备等太空作业,就完全离不开航天员预先在地面熟悉节点舱模拟器,并在其中进行安装操作和应急性措施等方面的反复训练。 　　　　“寻求”号气闸舱模拟器 　　航天员舱外活动(EVA)前后的训练都是在“寻求”号气闸舱(Quest Joint Airlock)模拟器内进行的。“寻求”号气闸舱是国际空间站主要的压差隔离舱,和航天飞机气闸舱的大小相近,由2个单独的舱室组成。其中较大的是“装备室”,内有存放航天服和环境设备的空间,进行太空行走的航天员在这里为穿脱及适应航天服做准备。另一间是“乘员室”,它通过1个舱门与装备室分隔开来。进行太空行走的航天员将在这里打开外层的舱门,开始他们的“远足”。乘员室内有照明、扶手和内置脐带装置,可以为进行EVA的航天员提供动力和通话信号。位于约翰逊航天中心的这个气闸舱高保真实体模型包括功能和模拟组件、二氧化碳去除装置、照明和EVA音频操作系统。它支持的训练项目有EVA前/后的活动、音频系统和舱外移动单元(EMU)训练。为拉近和太空实际工作的距离,达到动作的协调化和操作的准确化,在这个模拟器中训练的航天员们,经常要反复穿脱航天服,或是长时间穿着厚重的舱外航天服在模拟器内训练行走和开关舱门等动作,练习耗时也相对较长。 　　　　多用途后勤舱模拟器 　　多用途后勤舱(Multi-Purpose Logistics Module,简称MPLM)模拟器是一个高保真的实体模型,包含再补给行李架和机架附加装置接点。多用途后勤舱由金属铝制成,长约6.4米,直径约4.6米,重近4.5吨,分16个货箱,能携带9.1吨货物,并可重复使用。这个意大利设计的舱段可以为国际空间站运送必需的物资,并将空间站上的废弃物带回。因此,在地面的仿真模拟器训练支持类型有行李架转换和安装训练、装载及系统操作。 　　　　功能货舱模拟器 　　“曙光”号货舱(Functional Cargo Block,简称FGB)由俄罗斯研制发射,长约13米,内部容积72立方米,装有4个可接航天器的对接件,具备电源、推进、导航、通信、姿控、温控等多种功能。功能货舱模拟器是参照“曙光”号而设计的中度保真实体模型,由精确的存储容量和功能性扶手构成,其乘员交互面是由简单低保真的模型或相片描述的。该模拟器支持的训练类型有装载、照相/电视、应急程序和日常操作。 　　　　日本实验舱模拟器 　　日本实验舱(Japanese Experiment Module)模拟器是日本“希望”号实验舱(Japanese Research Module)的低保真实体模型,由系统及实验架的正面和1个活动的音频单元组成。该模拟器支持的训练类型有音频系统、站内布局熟悉、教育宣传。“希望”号高保真的JEM的训练主要是在日本进行。由于日本实验舱是国际空间站上最大的舱组,所以日本实验舱模拟器也是地面上按一比一尺寸模拟的空间站模型和训练设备中最大的部件。 　　　　哥伦布轨道设施模拟器 　　哥伦布轨道设施模拟器(Columbus Orbital Facility,简称COF)是低保真度的欧空局哥伦布轨道设施实验室的实体模型。该舱段具有科学研究的能力,长约6.87米,直径约4.48米(2008年2月13日,欧洲“哥伦布”实验舱被成功安置到国际空间站上)。由于不是NASA建造的,因此在这个低保真模拟器中,NASA航天员也只是在其中初步了解和掌握其主要构造和功能,实际高仿真训练部分由制造它的ESA来完成。 　　有了这些模拟设备,航天员们即使没有亲自到太空中的国际空间站执行任务,也能准确地掌握操作程序,熟知航天器内部件的构造和功用。但如同地面上的家庭会随着成长发展而不断扩展和分离一样,航天器模拟设备这个大家庭,也不断经历着新生、发展和淘汰。NASA一些过时的模型和训练设备被用来在学院或大学以及博物馆中进行展览,供人们学习、参观(当然,一些到休斯敦航天中心参观的游客,可以在高台上以鸟瞰的视角观看正参与航天员训练);还有一些模拟器则面临着被循环再利用或改造的命运。不过,对这些模拟设备来说,能帮助飞向太空的航天员,一定像为航天员提供服务的工作人员一样荣幸,而未来会有更多的航天器模拟设备服务于人类。 　　链接:NASA航天器模拟设备由空间站训练设备和航天飞机轨道器训练设备构成,也包括其它一些特定的训练设备,主要作用是提供最真实的航天器模拟环境,支持航天员进行任务训练。航天员将和模拟训练设备一起度过至少1年的训练时间(取决于任务对象)。 　　制造实体模型的材料:制造实体模型的材料多依赖于训练模型的功能。除了复杂的训练设备,如乘组舱训练设备和全机身训练设备,许多模型和训练设备是由木头、玻璃、铝和其它材料制造的,能足够坚固地去模拟飞行样机,但远非建造太空真品那么昂贵。低保真模型可能是用纸板或是常见的柔软材料制造的;高保真训练设备则是用铝或钢制造的。（林小）　　来源：《航天员》

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