空间实验室任务航天员选拔训练与飞行保障

黄伟芬 刘朝霞　(中国航天员科研训练中心)

空间实验室任务航天员选拔训练与飞行保障

黄伟芬 刘朝霞(中国航天员科研训练中心)

1　引言

空间实验室任务是我国载人航天工程第二步第二阶段的收官之战，承上启下，意义深远。空间实验室任务主要包括两个方面∶一是开展较大规模的空间科学实验和空间应用试验，以及航天医学实验；二是考核验证航天员中期驻留、推进剂补加、在轨维修等空间站建造运营关键技术。

天宫-2空间实验室已于2016年9月15日成功发射，作为我国第一个真正意义的空间实验室、我国空间站建造前的重要试验平台，它的成功发射标志着我国载人航天进入应用发展新阶段。

在本次任务中，航天员驾乘于2016年10月17日发射的神舟-11飞船于10月19日进入天宫-2空间实验室，首次执行为期33天的飞行。期间，航天员需完成航天器巡检、组合体照料、大量在轨试验和实验研究等任务。如何选拔培养合格的飞行乘组，如何高效维护航天员在轨健康和工作效能，如何科学规划在轨试验、验证空间站关键技术、获取重要数据，对中国航天员科研训练中心来讲都是重大挑战。

中国航天员科研训练中心的主要任务是“培养人、保障人、研究人”，其核心目标是保障航天员长期在轨的健康生活和高效工作。针对空间实验室任务全新要求，需要深入分析任务特点，结合空间站技术验证需求和航天医学工程发展战略规划，系统策划实施飞行乘组选拔训练，开展航天员在轨生活、健康和工作保障设计与验证，开展面向长期飞行的航天医学实验研究，为空间站任务研制奠定技术基础、积累飞行数据。

2　飞行乘组选拔与训练

选拔训练出优秀的、满足任务要求的飞行乘组是确保任务成功的重要前提。针对更长飞行时间、更多复杂精细操作的任务需求，飞行乘组选拔在充分继承和利用以往成果的基础上，对选拔方案和选拔侧重点进行了适应性调整，同时，在选拔策略上还进一步考虑了航天员队伍现状、建设发展和后续任务的需求。

神舟-11飞行乘组的选拔仍从思想政治素质、身体情况、心理素质、知识与技能等方面实施了全面考评。在构成模式上，确立了新老结合的选拔策略，通过 “以老带新” 执行任务，确保乘组工作效能，实现航天员队伍更替中的飞行经验保持。

在医学和心理选拔中，加强了对潜在疾患和功能紊乱的深入排查，重视情绪稳定性、危机处理能力和心理相容性等的评定；在知识与技能考核方面，突出了对专业知识和技能掌握情况的考核，更加重视飞行程序与计划管理、空间实验与有效载荷操作、应急故障处理和医学处置能力等组合体驻留能力。

“神舟”飞船飞行训练模拟器

针对飞行乘组训练，中国航天员科研训练中心系统开展了理论培训、体质训练、心理训练、航天环境适应性训练、救生与生存训练、航天专业技术训练、飞行程序与任务模拟训练等。在训练科目上，强化了飞船驾驶、交会对接等基本和关键技能，以及飞行计划管理能力、航天医学实验、在轨维修技术试验、空间科学和应用实验等新任务；在训练方法上，更加注重提升能力，发挥航天员主观能动性，安排实施多个大型联合演练，航天员直接参与一线研制，尤其是“人的健康研究”、“人的行为能力研究”、“人因工程技术研究”和“人的保障技术验证等航天医学与工程试验和实验、机械臂维修验证、阴影区手控交会对接等新任务，通过评审、体验、验证等多种方式，全面系统深入地参与了设计、研制、验证等全过程，并深度参与了飞行手册、操作指南、故障处置程序的设计。针对组合体驻留30天，航天员结合1∶1密封舱验证试验完成了全程序模拟训练，通过工程实践，进一步加深了认识，熟练掌握了航天专业技能，提高了执行正常飞行程序和故障处置的能力。

3　航天员健康保障

经过一个月的失重飞行，航天员心血管功能下降至峰谷、肌肉萎缩和骨质丢失更为明显，出现睡眠障碍、疲劳、感染、胃肠道病症及心血管功能失调等不适和应急医学问题的几率增高，长期进食预加工食品还将带来营养供给不足的风险。在心理方面，虽然在太空中航天员产生严重心理问题的可能性较小，但密闭狭小空间、只有2个人的高负荷工作，不排除飞行中后期可能出现情绪和人际关系的问题。

针对上述在轨健康新风险，我们在以往地面和飞行试验成果的基础上，从医学健康监测与保障、失重生理效应防护、营养保障、心理保障等方面，系统实施保障。

医监医保

在健康监测与评估方面，进一步丰富了医监指标，优化医监模式，在飞行关键时段，实时监测航天员关键生理指标，其他时段，采取定期与按需相结合的模式，及时准确评估航天员健康状态，针对本次心血管健康风险增加的特点，加强了对心血管功能的评估措施。

在医学保障方面，针对长期密闭环境带来的座舱微生物繁殖污染风险，完善了微生物控制与清洁措施，确保环境清洁，减少感染疾病风险；针对心血管系统功能失调风险，强化“太空养心丸”心血管保障措施。

在轨疾病诊治方面，基于飞行任务时长和乘组人员特点，综合分析了我国大型地面试验及以往飞行数据、国外载人航天资料等，制定医学预案，增配了治疗泌尿系结石等飞行时间延长带来的新疾病的药物。同时，增加远程医疗天地协同会诊，增强对国内优势医疗资源的调配，共同保障对在轨航天员可能的医学的问题诊治。

航天员返回后，存在重力再适应问题。针对飞行时间延长，再适应能力将进一步下降的问题，为此，我们进一步优化了出舱模式，同时，在着陆场、后送途中和返回后恢复期间也增强了前庭平衡功能、心血管及肺功能改变、肌肉萎缩及骨质丢失、疲劳等飞行后突出医学问题的医学保障。

失重生理效应防护

相比神舟-10飞行任务，神舟-11飞行任务航天员将在轨飞行1个月余，失重生理效应更加凸显，其中心血管系统变化达到最大，对骨骼肌的影响也更加显著，有氧运动能力和肌肉萎缩明显，骨质丢失效应也逐步显现。空间实验室任务，以心血管系统及骨骼肌肉失重生理效应为防护重点，综合利用了套带、企鹅服、自行车功量计和拉力器装备，从缓解改善体液头向分布、减少心血管脱锻炼效应、增加肌肉静态/运动负荷等方面进行了综合防护，返回前口服补液，提高立位耐力。飞行期间，加强对锻炼防护效果的评估，必要时做出适应性调整。

营养保障

这次更加关注了能量和膳食营养素摄入量的全面、平衡。科学规划了飞行食谱，定期获取膳食摄取信息，对能量及营养摄入状态进行评估，加强膳食指导，保障航天员在轨营养平衡，并增配营养素补充制剂，确保膳食营养平衡。

心理保障

由于飞行时间延长，航天员暴露在狭小、隔离、失重、限制、单调、枯燥、噪声、高风险等航天特殊因素下的时间加长，所以增加了慢性心理应激强度，出现心理不适和第三季现象的可能性。同时，2人乘组一旦关系紧张，且情况不易解决，容易出现领地现象，即各自为政。针对上述问题，实施常规和按需的个性化专业心理支持，配置心理舒缓系统，调节航天员心情，并采用丰富的心理支持方式开展心理支持，包括利用天地通话、上下行邮件/短消息、双向视频等手段，与家属、领导、亲友、战友等定期、不定期交流，并利用飞行任务期间节日等特殊事件，进一步调节在轨生活。

4　航天员生活保障

用于超重耐力检查的人用离心机

空间实验室任务生活保障体系

飞行时间延长也给航天员在轨生活保障带来众多新要求。以尽可能为航天员提供舒适、多彩生活环境，保证航天员工作效率为目标，从生活场所、就餐饮水、物资存放与管理、垃圾处理、个人卫生清洁、着装、作息制度、睡眠、娱乐等多个方面，对航天员的衣、食、住、娱实施了全方位保障，确保在轨生活品质。

在生活场所方面，空间实验室进行了宜居环境优化设计，在原有就餐、睡眠、工作、娱乐、个人卫生处理等不同功能区域的基础上，进一步改善了就餐和睡眠环境，加强了隐私保护，使航天员能够在相对狭小的空间感觉舒适、便利、放松。

在饮食供应方面，按照逐步向空间站任务食谱周期过渡的设计思路，丰富食品种类和品种，延长食谱周期，兼顾个性化特点，进一步提高了食谱的感官接受性。本次飞行任务，食谱周期由原先的4天延长至5天1个食谱周期，配置的航天食品达100余种，其中还有几种欧洲航天局提供的欧洲食品，为空间站任务未来可能的国际合作飞行奠定基础。在食谱框架设计方面，充分考虑了营养搭配，并注意与飞行不同时段航天员生理反应和飞行任务负荷相匹配。

生活垃圾处理是1个月的飞行需要解决的重要问题。我们配置了带有单向收纳设计的垃圾收纳储存装置，以克服失重环境下的垃圾飘逸问题，同时，配置垃圾压缩装置，按照湿性物与干性物分类处理收纳原则，对生活和工作垃圾进行抽真空压缩处理，防止微生物滋生和异味逸出污染舱内环境。这些处理措施均经过了地面的充分试验验证。

空间实验室任务在轨物资配置量虽不庞大，但其种类和数量也较以往有成倍增加。各类设备和物资均有明确的存放、转移空间和路径要求。同时，针对消耗性物资，为了在轨有序生活，同时为验证空间站任务物资管理模式，我们研制了物资管理系统，规划了乘员物资在轨管理的颗粒度和管理模式，通过航天员在轨定期统计管理，天地信息同步获取，对飞行中航天员物资使用、消耗情况的定期统计分析，从而使地面和航天员能够及时准确了解在轨的物资使用情况，确保无超配使用，并为后续飞行物资配置提供宝贵数据。

为适应飞行时间延长和工作种类的丰富，我们新采取了“以周为单位”的6+1的工作制度，即每工作6天，休整1天，这也是空间站任务拟执行的作息制度；还进一步根据在轨工作需求，丰富了服装类型；按照航天员的个人需求配置个性化、多样化的休闲用品和资料，满足航天员个体的在轨休闲娱乐需求，也为驻留时间延长心理健康保障提供了有力措施。

5　航天员工作保障

航天员在轨工作，不仅关系工程效益，关键操作更涉及飞行器和航天员安全，政治意义重大。为减控人误，确保航天员在轨精准高效工作，我们从工作环境、产品人机界面、飞行程序和手册设计、飞行计划管理、天地协同等多个方面给予全方位保障。

在工作环境和人机界面方面，加强了飞行器和飞行产品的结构布局、色泽与照明、控制显示、标识标记的适人性设计，针对失重特因环境，根据在轨操作需求，精细设计各类身体、设备限动装置和操作辅助装置，确保工作环境适宜、人机界面友好、满足失重环境人体开展工作的需求。

在飞行程序及手册设计方面，对驾乘飞船、交会对接、组合体驻留与撤离等各任务剖面进行了系统设计，覆盖任务包络，覆盖正常飞行、应急与故障飞行各工况，在程序设计上，乘组间任务分工合理，工作的复杂度及负荷要求适宜，充分考虑了空间干涉和时序要求问题，在呈现形式上，飞行程序与手册易读、易懂，还新增电子手册，实现人机互动、在轨下传、天地互动和动态管理功能。

在飞行计划管理方面，探索性实施了周计划与日计划相结合的动态管理模式，强调航天员自主性。针对较长时间组合体驻留，除有特殊要求的项目外，航天员可根据飞行手册自主安排每日工作计划，对飞行计划完成情况主要以周为单位进行监督、评估与调整。

在天地协同方面，采用了天地通话、双向视频、上下行邮件和短消息等多种方式，实现双向沟通和有效管理。针对航天员在轨操作，以发挥航天员自主能动性、不过多干扰为主导思想，地面主要针对重要飞行事件、天地协同复杂项目、时效性强的项目进行管理，对关重项目实施事前提醒、关注进度，必要时及时提醒的方式进行支持，而非一步一动，为未来长期飞行的飞控支持模式积累经验。

6　航天员在轨试验和实验与研究

在完成空间实验室任务中，航天员将在轨开展丰富的科研活动和科普展示。其中，在轨试验和实验与研究共22项，包括航天医学与工程技术研究，空间环境高等植物生长特性研究，半导体光电子晶体、纳米复合材料和新型金属等空间材料制造学研究，以及基于机、电、液等部件组成的在轨维修，基于机械臂的人机协同，原子氧防护材料试验等航天器相关技术试验等。

将针对航天医学与工程技术研究，以探索中长期载人航天飞行人的问题，验证部分驻留保障关键技术，为空间站任务积累数据和经验为目标，从“人的健康研究”、“人的行为能力研究”、“人因工程技术研究”和“人的保障技术验证”四个方面系统布局，开展在轨研究。

在人的健康研究方面，主要针对空间飞行任务时长对人体生理、心理的可能影响，瞄向空间飞行主要医学风险，系统开展研究，主要包括空间环境对航天员心血管功能、视功能、听力、味嗅觉、物质营养代谢、情绪调控、睡眠-清醒生物节律、药代动力学等影响的研究等；在人的行为能力及人因工程技术方面，基于在轨工作涉及的人体能力要素及空间飞行的可能影响，开展在轨飞行人体运动特性、施力特性、脑力负荷、眼手协调性、时间资源占用分布等变化的研究，并初步建立在轨评估方法，还基于未来可能的人机交互模式，开展脑机交互技术在空间飞行适用性验证等前沿性研究，为空间站工程工效学设计提供宝贵的空间飞行试验数据；在人的保障技术方面，针对空间站任务驻留保障亟需的技术，选择性开展太空跑台束缚系统技术验证、植物栽培关键技术验证试验，这些涉及空间站长期飞行驻留保障的技术，也是国际上持续开展研究和优化设计的重要课题。

值得一提的是，对于空间实验室任务，我们将首次在航天医学领域开展在轨研究的国际合作。我们将与法国国家空间研究中心（CNES）在失重心血管领域开展合作，从失重对心脏、血管的结构/功能、自主神经调控、负荷响应与评估等四个方面系统开展心血管系统整合生理调控机制的探索性研究。在该项研究中，利用激光多普勒研究空间飞行对皮肤微循环的可能影响，在国际上也属首次，数据十分珍贵。

除了上述在轨试验和实验研究，航天员还将开展太空养蚕、高分子聚合物膜、双摆实验等科学实验展示活动，拍摄大量试验和实验视频图像，积累相关数据资料，为我们后续开展科学普及工作提供鲜活素材。

7　结束语

按照载人航天工程三步走的发展战略，在我国掌握了天地往返运输、航天员出舱活动和航天器交会对接三大载人航天基本技术之后，要实施空间实验室任务，并将于2020年前后完成空间站的建造。

由航天大国迈向航天强国的征程中，我们即将完成一段重要里程，面向空间站任务、未来载人探月、载人深空探测任务，航天人必将持续奋进，创新发展，逐步位居世界前列！

朱敏悦/本文编辑

Taikonauts Selection Training and Flight Support for Space Laboratory Mission