12月26日，神舟十三号航天员乘组在轨开展第二次出舱活动。航天员翟志刚、叶光富进行了舱外作业，航天员王亚平在舱内配合支持。 大家或许不知道，VR（全称Virtual Reality，即虚拟现实技术）为这次出舱提供了巨大的帮助。空间站出舱活动训练利用虚拟现实技术，给航天员提供一个场景，非常逼真地模拟了舱内外环境。
航天员系统总设计师黄伟芬介绍空间站出舱活动训练 01 最早应用在航天，改变了航天 说起VR（虚拟现实），大家最先想到的也许是VR游戏，但其实VR技术最早是在航天起家的。 美国宇航局作为研发VR技术的鼻祖之一，其艾姆斯研究中心已经建立了多种VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。中国、欧空局等也正在越来越多地将VR技术应用于航天领域。 载人航天是一项高风险、高成本、高难度的任务。太空环境和地面有很大的不同，地基模拟载人航天任务的传统方法，一般是让操作者在失重飞机或中性浮力水槽中进行操作和训练，但这存在造价高昂、不可能进行大量人体实验等缺陷。 而VR技术为顺利地完成载人航天任务提供了新方法和新途径。VR技术为航天员虚拟一个逼真的太空世界，使其仿佛置身于真实太空环境。
NASA创建VR实验室，利用VR技术来帮助太空探索 VR可以呈现给航天员一个三维立体的、信息更加丰富的、环境更加自然亲切的界面。如果要描述一个航天任务，可以把航天员放在太空任务的虚拟场景中去，将丰富的临场感觉信息直接送入航天员脑海，使其获得场景、任务的沉浸感。这样不但可以提高航天员感知和认知太空任务的效率，而且还省却了很多通过语言转述、理解所消耗的时间。 此外，在VR环境下，航天员不仅可以对虚拟太空任务中的物体进行操作，同时还可以从虚拟环境中得到自然的反馈程度，如同在真实物理世界与虚拟物体产生交互作用一样。这种交互性对航天员来说非常重要，它可以帮助航天员在感知、认知的基础上进一步理解航天任务。 与传统技术相比，VR技术能够节省经费支出缩短研制时间、将风险降至最低、投资效率最大化。 02 模拟太空，为更好地飞向太空 空间定向训练 航天员在太空极易发生空间失定向现象，由此引发的航天员对姿态、位置和运动状况发生的错误判断，极其容易威胁航天员的健康和安全。 飞行前适应性训练是一种防止或减轻空间运动病和空间失定向的有效方法。虚拟现实训练设备可以部分模拟微重力环境下的感觉重组，借助地基搭建VR环境进行虚拟空间定向训练，训练航天员以倒立、侧身漂浮等各种不同观察视角判断周围物体方位、自身所处舱段名字，记忆运动路径，以及完成手控交会对接任务等，保证航天员在飞行器中能够快速判断方位关系。
航天员采用VR技术研究空间站微重力实验 多人协同操作训练 一些航天任务需要多名航天员协同操作完成，通过VR技术建立虚拟训练仿真系统，可以利用逼真的太空协同操作场景，帮助航天员制定多人协同工作的方式、协同策略和规划工作的流程，预测协同细节问题，将一些具体的操作内容以直观的方式提供给航天员，以提高多名航天员协同作业时的默契程度，探索舱外环境中多名航天员之间快速有效的沟通方法，减少协同任务的操作时间。 装配与维修任务训练 受太空失重环境的影响，也许地面上非常简单的装配和维修任务在太空上将会变得异常复杂和费力，高昂的发射费用容不得航天员针对某个装配维修任务现场熟悉操作流程、或反复多次进入太空。 通过虚拟装配与维修训练，借助触觉和力反馈装置，可以为航天员提供正确的操作程序，熟悉特殊维护与保养任务的相关事宜，增加其对相关硬件的辨识能力及操作的熟练程度，减少返工操作的可能性，提高装配顺序的准确度，以及装配工艺的可靠性。
波音借助VR技术进行宇航员训练 在轨医监医保服务 在未来中长期在轨飞行任务中，航天员很可能会面临接受手术这样迫不得已的治疗手段。利用VR系统不仅可以训练未病患航天员完成手术操作，还可以实现远程医疗的作用，使得地面医生与航天员通过VR通道共同进入虚拟的在轨手术间研究治疗方案，实施太空手术。 应对突发紧急情况 VR能够在保证航天员人身安全的情况下，大大降低应对突发紧急推演的投入成本，提高推演实训时间和重复次数，增加实训中极端情况的种类。 VR不仅可以做到简单的场景漫游，还可以结合以往航天事故的数据组建一种结合声、光、热、震动等效果的应急推演模式，并可大胆地预想一些人身安全与事故灾难情况，从而使航天员能够开展针对性训练，提高自身的应变能力与相关处理技能。 虚拟现实仿真技术 从航天器的设计开始，技术人员会利用各种手段来模拟航天器在太空环境下的运行状况，以提高其安全性和可靠性，这是一般意义上的仿真。VR技术与航天仿真的结合不仅能够实现传统意义上仿真系统的设计验证、参数分析、在轨运行管理、故障分析研究等功能，并且能够使航天员产生强烈的沉浸感和真实感。
“月球一号”VR体验设备 03 打造元宇宙，探索真宇宙 在《21世纪航天：2101年前的发展预测》一书中，作者已然预见了VR在航天领域的不可替代性。“在开发宇宙过程中，虚拟现实系统将发挥关键作用，并且，第一步已经迈出。在开发宇宙领域，我们当前所做的以及未来将做的一切，应是全人类的财富，而非仅限于少数专家。” 刘慈欣曾说过：“人类面前有两条路。一条是向外，通往星辰大海；一条向内，通往虚拟现实。”周鸿祎认为，从某种层面上，刘慈欣批评的是那些完全虚拟的、让人沉迷的元宇宙，而不是帮助实现真正产业数字化的产业元宇宙。 星辰大海的漫漫征途，人类从未停下脚步。VR为我们带来了元宇宙，但这并非是路途终点，我们将继续向前，在元宇宙的助力之下，去探索真正的宇宙。 图片源于小清互联网冲浪所得，若有侵权，后台联系，小清滑跪删除~ 参考文献： [1]叶夫谢耶维奇,切尔托克.张玉梅,杨敬荣.21世纪航天：2101年前的发展预测[M].北京:国防工业出版社,2014. [2]赵岩,陈珠君.真实幻境——虚拟现实技术的航天应用[J].航天员,2017(1):56-59. [3]莫言,于喜海.特殊环境下的虚拟现实训练：太空飞行中航天运动病和空间失定向的潜在对抗措施[J].载人航天信息,2005(1):10-14. [4]崔善君,谈敦铭,赵罡.虚拟现实航天仿真技术研究[J].图学学报,2012,(1):80-86. [5]辰熙.虚拟现实:从航天起家又改变着航天[N].中国航天报,2020,(6) |
