12月26日，神舟十三號航天員乘組在軌開展第二次出艙活動。航天員翟志剛、葉光富進行了艙外作業，航天員王亞平在艙內配合支持。 大家或許不知道，VR（全稱Virtual Reality，即虛擬現實技術）為這次出艙提供了巨大的幫助。空間站出艙活動訓練利用虛擬現實技術，給航天員提供一個場景，非常逼真地模擬了艙內外環境。
航天員系統總設計師黃偉芬介紹空間站出艙活動訓練 01 最早應用在航天，改變了航天 說起VR（虛擬現實），大家最先想到的也許是VR游戲，但其實VR技術最早是在航天起家的。 美國宇航局作為研發VR技術的鼻祖之一，其艾姆斯研究中心已經建立了多種VR訓練系統，并且已經建立了可供全國使用的VR教育系統。中國、歐空局等也正在越來越多地將VR技術應用于航天領域。 載人航天是一項高風險、高成本、高難度的任務。太空環境和地面有很大的不同，地基模擬載人航天任務的傳統方法，一般是讓操作者在失重飛機或中性浮力水槽中進行操作和訓練，但這存在造價高昂、不可能進行大量人體實驗等缺陷。 而VR技術為順利地完成載人航天任務提供了新方法和新途徑。VR技術為航天員虛擬一個逼真的太空世界，使其仿佛置身于真實太空環境。
NASA創建VR實驗室，利用VR技術來幫助太空探索 VR可以呈現給航天員一個三維立體的、信息更加豐富的、環境更加自然親切的界面。如果要描述一個航天任務，可以把航天員放在太空任務的虛擬場景中去，將豐富的臨場感覺信息直接送入航天員腦海，使其獲得場景、任務的沉浸感。這樣不但可以提高航天員感知和認知太空任務的效率，而且還省卻了很多通過語言轉述、理解所消耗的時間。 此外，在VR環境下，航天員不僅可以對虛擬太空任務中的物體進行操作，同時還可以從虛擬環境中得到自然的反饋程度，如同在真實物理世界與虛擬物體產生交互作用一樣。這種交互性對航天員來說非常重要，它可以幫助航天員在感知、認知的基礎上進一步理解航天任務。 與傳統技術相比，VR技術能夠節省經費支出縮短研制時間、將風險降至最低、投資效率最大化。 02 模擬太空，為更好地飛向太空 空間定向訓練 航天員在太空極易發生空間失定向現象，由此引發的航天員對姿態、位置和運動狀況發生的錯誤判斷，極其容易威脅航天員的健康和安全。 飛行前適應性訓練是一種防止或減輕空間運動病和空間失定向的有效方法。虛擬現實訓練設備可以部分模擬微重力環境下的感覺重組，借助地基搭建VR環境進行虛擬空間定向訓練，訓練航天員以倒立、側身漂浮等各種不同觀察視角判斷周圍物體方位、自身所處艙段名字，記憶運動路徑，以及完成手控交會對接任務等，保證航天員在飛行器中能夠快速判斷方位關系。
航天員采用VR技術研究空間站微重力實驗 多人協同操作訓練 一些航天任務需要多名航天員協同操作完成，通過VR技術建立虛擬訓練仿真系統，可以利用逼真的太空協同操作場景，幫助航天員制定多人協同工作的方式、協同策略和規劃工作的流程，預測協同細節問題，將一些具體的操作內容以直觀的方式提供給航天員，以提高多名航天員協同作業時的默契程度，探索艙外環境中多名航天員之間快速有效的溝通方法，減少協同任務的操作時間。 裝配與維修任務訓練 受太空失重環境的影響，也許地面上非常簡單的裝配和維修任務在太空上將會變得異常復雜和費力，高昂的發射費用容不得航天員針對某個裝配維修任務現場熟悉操作流程、或反復多次進入太空。 通過虛擬裝配與維修訓練，借助觸覺和力反饋裝置，可以為航天員提供正確的操作程序，熟悉特殊維護與保養任務的相關事宜，增加其對相關硬件的辨識能力及操作的熟練程度，減少返工操作的可能性，提高裝配順序的準確度，以及裝配工藝的可靠性。
波音借助VR技術進行宇航員訓練 在軌醫監醫保服務 在未來中長期在軌飛行任務中，航天員很可能會面臨接受手術這樣迫不得已的治療手段。利用VR系統不僅可以訓練未病患航天員完成手術操作，還可以實現遠程醫療的作用，使得地面醫生與航天員通過VR通道共同進入虛擬的在軌手術間研究治療方案，實施太空手術。 應對突發緊急情況 VR能夠在保證航天員人身安全的情況下，大大降低應對突發緊急推演的投入成本，提高推演實訓時間和重復次數，增加實訓中極端情況的種類。 VR不僅可以做到簡單的場景漫游，還可以結合以往航天事故的數據組建一種結合聲、光、熱、震動等效果的應急推演模式，并可大膽地預想一些人身安全與事故災難情況，從而使航天員能夠開展針對性訓練，提高自身的應變能力與相關處理技能。 虛擬現實仿真技術 從航天器的設計開始，技術人員會利用各種手段來模擬航天器在太空環境下的運行狀況，以提高其安全性和可靠性，這是一般意義上的仿真。VR技術與航天仿真的結合不僅能夠實現傳統意義上仿真系統的設計驗證、參數分析、在軌運行管理、故障分析研究等功能，并且能夠使航天員產生強烈的沉浸感和真實感。
“月球一號”VR體驗設備 03 打造元宇宙，探索真宇宙 在《21世紀航天：2101年前的發展預測》一書中，作者已然預見了VR在航天領域的不可替代性。“在開發宇宙過程中，虛擬現實系統將發揮關鍵作用，并且，第一步已經邁出。在開發宇宙領域，我們當前所做的以及未來將做的一切，應是全人類的財富，而非僅限于少數專家。” 劉慈欣曾說過：“人類面前有兩條路。一條是向外，通往星辰大海；一條向內，通往虛擬現實。”周鴻祎認為，從某種層面上，劉慈欣批評的是那些完全虛擬的、讓人沉迷的元宇宙，而不是幫助實現真正產業數字化的產業元宇宙。 星辰大海的漫漫征途，人類從未停下腳步。VR為我們帶來了元宇宙，但這并非是路途終點，我們將繼續向前，在元宇宙的助力之下，去探索真正的宇宙。 圖片源于小清互聯網沖浪所得，若有侵權，后臺聯系，小清滑跪刪除~ 參考文獻： [1]葉夫謝耶維奇,切爾托克.張玉梅,楊敬榮.21世紀航天：2101年前的發展預測[M].北京:國防工業出版社,2014. [2]趙巖,陳珠君.真實幻境——虛擬現實技術的航天應用[J].航天員,2017(1):56-59. [3]莫言,于喜海.特殊環境下的虛擬現實訓練：太空飛行中航天運動病和空間失定向的潛在對抗措施[J].載人航天信息,2005(1):10-14. [4]崔善君,談敦銘,趙罡.虛擬現實航天仿真技術研究[J].圖學學報,2012,(1):80-86. [5]辰熙.虛擬現實:從航天起家又改變著航天[N].中國航天報,2020,(6) |
