美国航天员的训练设备

特邀嘉宾：吴国兴(航天医学工程研究所研究员)

航天员用什么设备训练?

美国航宇局供航天乜机航天员完成训练用的设备有87台．真可谓品种繁多，其中最主要的是单系统训练器、中性浮力实验室、航天飞机飞行模拟器(包括固定基和运动基两种)、垂直运动模拟器、航天飞机模型(包括全机身训练器、乘员舱训练器、外油箱门、1g模拟器和舱外机动装置模拟器)，舱外活动训练用真空舱、大型人体离心机和空间实验室模型等。

什么是单系统训练器?

单系统训练器是属于中等保真度的模拟器。用来模拟航天飞机轨道器的飞行控制仪表板，主要是驾驶舱内前方和后方的两块控制仪表扳。

航天飞机上有计算机吗?

在航天机轨道器的前仪表板上．正面装有三台显示器和一块键盘。这些显求器向航天员提供有关航天飞机的各种信息和数据，航天员通过键盘可以向航天飞机上的5台计算机输人各种命令。

航天员如何驾驶航天飞机?

在指令长的左边，装啊一个旋转式手控制器，指令长可用此控制器控制航天飞机的姿态，再人大气后则用来控制航天飞机的副翼与升降舵．在宇宙真空中|还可用来命令喷射器点火，以保持轨道器的正确航向。驾驶航天员位置也有一个旋转式手控制器．功用跟指令长一样。但在单系统训练器上将驾航天员的取消了，仅保留指令长的手控制器。

飞行中航天员如何分工?

位于驾驶舱左边的指令长主要负责飞行控制、计算机和生命保障系统；位于右边的鹕驶航天员负则发动机、姿态控制发动机、辅助动力装置和电子系统；飞行工程师的座位是在指令长和驾驶航天员的后面，靠近中间位置。飞行工程师主要是协助指令长和驾驶航天员处理各种故障，保护各系统的正常运行。此外，飞行工程师还要负责头顶上的

许多开关、按钮和断路器，给轨道器上的各系统正常供电。在航天飞机起飞时由于加速度的作用，头顶上的开关和按钮很难用手直接操纵，必须使用一种专门的控制杆。在起飞过程中，由于指令长和驾驶航天员都戴着头盔，看不见头顶上的开关和按钮，因此这些开芙和按钮就由飞行工程师“全权”负责操纵。

航天飞机的后仪表板有何作用?

后仪丧板又称为轨道控制台，台上有4个显示器和大大小小的一些开关和按钮，这些开关和按钮控制着航航天飞机的电视系统、通信系统、供水系统以及货舱的入口等重要设备。后仪表板在航天飞机起飞和再入大气层时一般不用，但在人轨后的1~2小时之内．这里是最繁忙的地方。因为航天员们要忙着打开货舱的舱门，对货舱内的空间实验室进行测试和作试验准备。

什么是航天飞机飞行模拟器?

在航天飞机航天员所使用的各种训练设备中，飞行模拟器是最重要的也是最复杂的训练设备。这是一种高保真度旧模拟设备，能够模拟航天飞机飞行的全过程，包括起飞前的准备、起飞、上升、中止飞行、入轨、轨道飞行、空间交会和对接、空间有效载荷的处理、离轨、进入大气、进场、着陆和在跑道上的滑行等。航天飞机飞行模拟器的外形类似民航飞行员训练用的飞行模拟器，但无论是结构还是功能都比民航的飞行模拟器要复杂得多。

如何模拟航天飞机的飞行?

航天飞机飞行模拟嚣主要由两部分组成：运动基乘员站和固定基乘员站。这两部分的区别在于前者能运动，即能模拟航天飞机的飞行动作，而后者不能。运动基乘员站能进行6个自由度的运动，换句话说，就是能进行仟何方向和任何角度的运动，特别是可以向上倾9O度，以模拟航天飞机起飞和上升段的姿态和加速度。从乘员站正前方的舷窗望出去，可以看到航天飞机起飞、上升、轨道飞行和返回着陆时航天员所看到的景色，如果航天飞机的计算机或主发动机发生“故障”(这是教练员根据训练要求故意制造地的)，航天员不仅能看到“故障”发生的情况，而且能听到“故障’发出的声音。这时全体机组成员都要全力以赴查盘找“故障”和排除“故障”，并要确保航天飞机“安全返回地球”。

固定基乘员站能模拟什么？

固定基乘员站虽然不能运动，但可模拟航天飞机飞行中的导航、机动飞行、交会和操纵遥控机械臂系统，特别是航天员可用它来模拟在驾驶舱内对货舱内的有效载苘进行处理和操作。固定基乘员站内装有指令长、驾驶航天员、任务专家航天员和载荷专家的座位，如果是进行较长时间的模拟训练，站内还可提供水和食品。

飞行模拟器能模拟外面的景色吗?

在模拟器内有3个正面舷窗，1个头顶舷窗和两个后面舷窗。正面舷窗看到的是彩色图像，其它舷窗为绿色图像。从这些眩窗中还可看到地球、太阳、月亮和星星。有一台闭路电视可以看到后面舷窗外物体的移动、有效载荷的形状和遥控机械臂的作业。通过计算机产生的声音可以模拟航天飞机上的泵唧声、风机声、阀门的开关声、气动力振动声、推进器点火声、爆炸螺栓爆炸声、起落架展开以及同跑道接触的声音。通过舷窗外的景色和这些声音，你可能分不清你是在真的航天飞机中飞行还是在飞行模拟器中作地面模拟。

航天飞机飞行模拟器共有多少台计算机?

航天飞机飞行模拟器有两大计算机系统，一个是飞行系统，另一个是支持系统。飞行系统由5台IBM AP101计算机组成，跟航天飞机上使用的系统xx一样。支持系统极为庞大，有2台主机，I4台微机，还有两个模拟接口装置跟计算机系统联系。此外还有各种输入输出处理器。

航天飞机模型有什么用处?

美国宇航局共有两个航天飞机模型：全尺寸的机身训练器和乘员舱训练器。所谓全尺寸的机身训练器就是1个与航天飞机轨道器同等大小但没有机翼的模型，用胶合板制成。模型内有航天飞机的中舱、飞行控制舱和货舱。该模型主要用来让航天员熟悉航天飞机内各系统的位置以及机上的居住环境。航天员可以在里面学习在天上如何生活和工作，包括做饭、打扫卫生、科学试验和对地观察等。此外，还要用此摸型进行一项重要训练，即在航天飞机着陆时如果发生意外情况如何紧急出舱。乘员舱训练器是航天飞机轨道器的前段模型，没有货舱（即机身），但安装装有遥控机械臂系统。该模型可以垂直放置，航天员用此模型可练习紧急离机和跳伞动作。任务专家航天员则用遥控机械臂系统练习如何展开和回收有效载荷。

为什么还要进行飞机飞行训练?

对于一般民航飞机的驾驶员来说，飞机的进场着陆是最危险的一段时间。因为这段时期最容易发生飞行事故。航天飞机的进场着陆比民航机具有更大的危险性。因为民航机可以3度的下滑斜率平稳着陆接地，而航天飞机由于巨大的质量和较差的下滑能力，只能以400千米以上的时速和l7~20度的陡角着陆接地。为了确保航天飞机的安全，指令长和驾驶航天员的进场着陆训练极为重要。进场着陆训练使用的是一种专门的训练飞机。这种飞机是用美国“湾流II”型喷气式运输机改装而成。航天飞机组成员指派飞行任务后，指令长和驾驶航天员要在这种专门的训练飞机上进行100多个小时的训练，完成大约600次的进场着陆练习。

如何在训练中体验失重?

为了让航天员在训练期间能体验到失重的滋味，可以用飞机作抛物线飞行。用飞机作抛物线飞行可产生30秒左右的失重。这种实验飞机每次要飞2～3小时。在这期间可作抛物线飞行40多次。所谓抛物线飞行是飞机先以45度迅速爬高(称急升段)，然后改为平飞(称平飞段)，{zh1}又以45度角下降(称下降段)。飞机在急升段和下降段，飞行员和参加实验的人员可受到2g加速度的作用，而在平飞段可体验到l5秒钟1.5x 10-2 g的失重。

训练设备中哪一种最昂贵?

航天飞机飞行模拟器最昂贵。美国航宇局的航天飞机飞行模拟器于1977年设计和建造，耗资1亿美元。美国航字局的所有载人太空飞行计划都有专用的飞行模拟器，如水星飞行模拟器、双子星座飞行模拟器、阿波罗飞行模拟器等。国际空间站也有模拟器，但航天飞机飞行模拟器是目前最昂贵的一个。

飞行模拟训练要持续多长?

航天员在{zh1}10个月的训练中，在航天飞机飞行模拟器上的训练时间总共300个小时。在实际的太空前10个月，要给航天机组确定飞行任务。此时就按照特定的飞行任务在模拟器上训练。在训练的{zh1}11个星期，航天机组要同地面飞行控制中心的控制人员进行合练。通过合练，航天员要学会与地面控人员合作，共同处理和解决飞行过程中的各种情况和问题。

转自《太空探索》2001年第9期