【安防展覽網(wǎng) 時(shí)事聚焦】隨著天和核心艙成功入軌，中國(guó)載人航天全面邁入空間站時(shí)代。兩個(gè)乘組各3位航天員先后搭乘神舟十二號(hào)、十三號(hào)飛船進(jìn)入太空，在“天宮”駐扎值守。
從天地連線的視頻中，我們得以一窺航天器內(nèi)部布局，更有細(xì)心的網(wǎng)友注意到飛船和空間站內(nèi)部的很多按鈕。這些按鈕功能復(fù)雜，經(jīng)過了設(shè)計(jì)師的精心設(shè)計(jì)，以幫助航天員在太空中更好地操控航天器。
20世紀(jì)70年代以前，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)還不夠成熟，科研工作者使用匯編語言開發(fā)航天器操作指令，載人航天器通過顯示器顯示狀態(tài)和操作流程，并設(shè)置有大量的操縱桿、按鈕、警報(bào)燈、儀表等。
當(dāng)時(shí)，美國(guó)、蘇聯(lián)的載人航天器大多采用機(jī)電式儀表，駕駛艙的布局借鑒了同時(shí)期的飛機(jī)座艙“T”形布局。根據(jù)載人航天器的航行任務(wù)，對(duì)航天員操作最重要的儀表，如全姿態(tài)儀、地平儀、飛行高度等基本儀表，被放在航天員的主視區(qū)，以便完成主要任務(wù)。除此之外，一些次要的飛行儀表則被布置于主視區(qū)附近。
這些按鈕有保證航天器正常運(yùn)行的按鈕，主要有操控姿態(tài)控制系統(tǒng)、生命維持系統(tǒng)、報(bào)話通信系統(tǒng)等的按鈕；還有保證航天員工作和生活的按鈕，如操控空氣更新系統(tǒng)、廢水處理和再生系統(tǒng)、航天服務(wù)等的按鈕。它們的作用包括控制飛船飛行姿態(tài)、監(jiān)測(cè)飛船工作狀態(tài)、保護(hù)航天員的生命等。不過，很多時(shí)候這些系統(tǒng)都是電腦自動(dòng)控制的，只有在緊急情況下，或者有特殊需求時(shí)，航天員才會(huì)手動(dòng)操控那些按鈕。
載人航天器上的按鈕如此之多，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，要在保證操作便捷性的同時(shí)，避免各種容易產(chǎn)生問題的設(shè)計(jì)。
比如載人航天器在太空運(yùn)行過程中，因?yàn)樘窄h(huán)境復(fù)雜，航天員可能經(jīng)常處于倒立狀態(tài)去操作按鈕，很難完成復(fù)雜指令的輸入，所以在定義按鈕的時(shí)候，需要盡量避免讓航天員頻繁地輸入指令或者輸入過長(zhǎng)的指令。
載人航天器中還要盡量避免大面積采用觸摸屏。觸摸屏因?yàn)楸阌诓僮?，給人們的生活帶來了極大便利，但是在載人航天器上卻很少出現(xiàn)，這是為什么呢？
首先，從操作性上看，觸摸屏更容易“誤操作”。不同于物理按鈕需要“按”下去的動(dòng)作，觸摸屏的虛擬按鈕是“點(diǎn)到即可”。航天器在飛行過程中會(huì)出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)的情況，這時(shí)想要“一擊即中”是很困難的，所以航天員很難在這種時(shí)候在觸摸屏上操控航天器。
其次，從可靠性上看，觸摸屏相比物理按鈕更容易出現(xiàn)問題或者被損壞，而且一旦出現(xiàn)問題，無法使用的將是整個(gè)屏幕上的操控鍵。觸摸屏如果成為主要操控系統(tǒng)的操作媒介，一旦出現(xiàn)問題，航天員將失去對(duì)航天器的控制。
與之相反，物理按鈕一直被公認(rèn)為是可靠的設(shè)計(jì)，伴隨著載人航天器的一路發(fā)展。它在操作的過程中給人以物理反饋，相比觸摸屏更加有真實(shí)感、更加準(zhǔn)確。
航天器不是程序員的電腦，完成輸入指令后等著輸出結(jié)果就行。在日常飛行中要完成出艙維修、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、人體健康檢測(cè)等任務(wù)，不可避免地需要航天員手動(dòng)操控按鈕完成特定任務(wù)。設(shè)計(jì)師根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的原則主要有5條：
一是按鈕設(shè)計(jì)要絕對(duì)簡(jiǎn)單。要將復(fù)雜功能匯聚于一個(gè)按鈕，一個(gè)操控按鈕完成一個(gè)功能；而且按鈕之間相互獨(dú)立，一個(gè)按鈕的損壞不會(huì)影響到其他按鈕的正常運(yùn)行。例如艙體對(duì)接、分離的動(dòng)作分別由獨(dú)立的按鈕控制完成，包括按照程序設(shè)定控制對(duì)接、分離，以及手動(dòng)對(duì)接、分離的按鈕。
二是要配備操作說明書。飛船設(shè)計(jì)師編制了操作說明書，仍需要花費(fèi)大量的時(shí)間將這些操作爛熟于心，方可完成演示驗(yàn)證試驗(yàn)。航天員并非飛船設(shè)計(jì)人員，雖然也經(jīng)過長(zhǎng)期培訓(xùn)，但是在高壓環(huán)境下，不能完全依靠航天員對(duì)操作指令的記憶，而是要配備操作說明書以備不時(shí)之需。
三是要按功能重要程度分布按鈕位置，并設(shè)置不同顏色的按鈕燈。這些設(shè)計(jì)可以幫助航天員直觀地了解按鈕功能的重要程度，既可以縮短查找時(shí)間，方便操作，同時(shí)也能降低犯錯(cuò)概率。
四是重要指標(biāo)、警報(bào)一目了然。當(dāng)載人航天器出現(xiàn)問題時(shí)，除了警報(bào)還需要有警示燈閃爍，而且警示燈也被設(shè)置為不同顏色以區(qū)分警報(bào)的重要程度。紅色標(biāo)識(shí)為最高警報(bào)，一定要將最棘手的問題擺在明顯的位置，例如氧氣不足時(shí)。
五是要有防誤操設(shè)計(jì)。重要操控按鈕要配備保護(hù)罩，防止誤碰，比如返回按鈕。想象一下在執(zhí)行任務(wù)過程中航天員誤按了返回按鈕……此外，載人航天器上采用軟件、硬件對(duì)操作流程進(jìn)行協(xié)同控制，例如航天器的姿態(tài)控制由測(cè)量器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)3個(gè)部分共同完成。
人機(jī)交互堅(jiān)持以人為中心的設(shè)計(jì)理念，經(jīng)過多年的發(fā)展，語音控制技術(shù)水平快速提高，在語音識(shí)別技術(shù)支持下，計(jì)算機(jī)能夠理解人類語言指令完成操控。這項(xiàng)技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)載人航天器的飛行自動(dòng)化。該功能的擴(kuò)充不僅可以減輕航天員操作的體力負(fù)荷，也可縮短航天員的反應(yīng)時(shí)間。
隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，一系列的改變正在循序漸進(jìn)地進(jìn)行著，載人航天器上的物理按鈕也在逐步減少。隨著觸摸屏可靠度的提升和語音助手技術(shù)的發(fā)展，也許在不久的將來，載人航天器可以非常容易上手，更加符合我們心目中宇宙飛船的樣子。
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