从混沌初开到航天时期，作为唯一已知的智能生命，人利用各种工具认识天下改造天下，实现了物种的延续与文明的进化。
然而，在人工智能技能快速发展的本日，为什么还要派人上天？人和机器在太空任务中如何协同事情？作为有人参与的航天活动，载人航天若何注入与升华“人”之代价？
载人航天是多个别系组成的繁芜工程，也是由人、机和空间环境建构的系统工程。在表示国家意志、振奋民族精神、推动科技进步和延续未来文明的维度之外，本文从空间站工程师的视角谈谈人在太空的浸染，以及载人航天为知足人在太空需求而进行的系统设计。
人之宝贵，万物难以替代；以人为本，航天始于初心。
上篇
不可替代的人：智能物种的地外义务
“假舆马者，非利足也，而致千里；假舟楫者，非能水也，而绝江河。”早在两千多年前，我们的先人就总结了骡马、舟船等工具对人类能力的极大延伸。
工业革命以来，人类能够利用的工具进一步发展为自动扮装备、机器人、人工智能等（本文以广义的“机器”一词概括）。机器的运用并未取代人力，而是催生了专业分工、家当链条、第三方做事浩瀚领域的更多岗位。
站在太空时期的开端，航天先驱者冯·布劳恩认为，空间站里人的一项紧张任务是改换相机胶片。本日，无论对地对天不雅观测都已经不该用胶片了，但人在太空不仅没有失落业，反而有了更多、更繁芜、更故意义的事情，乃至连航天员职业都细分出了科学家、工程师等更多岗位。
机器能替代人吗？这个新鲜而古老的话题实在早已有了答案。几百年来，从地球到天外，技能不断进步，但人能做的事情超越了同时期的机器能力，或者是在当时代机器能力的根本上又有了更高的需求，可以在机器补充或替代部分人力劳动的同时腾脱手和脑去做更“高等”的事。“高等”是相对时期而言的，而人所拥有独一无二的超越机器的能力是与时期无关的，因此载人航天也永久因此“人”为设计出发点的。
1984 年的航天飞机STS 41-D任务中，航天员 Michael L. Coats 从卡住的 IMAX 摄像机中取出胶卷。（图源：Space.com/NASA）
1、人在现场大不同
空间遥操作已是人类开展航天活动的一种基本办法，但人在现场的参与能够得到更高效、更直接的操作效果和更加综合、丰富的成果。这些范例的事情现场包括科学研究与技能试验、空间站的运行操作、空间站及其他在轨举动步伐的组装建造等。它们的共同特点在于，有专业知识和技能的人能够根据现场的多样化信息进行综合判断，实时做出针对性的决策，并履行物理层面的操作。
（1）科学研究与技能试验
这类事情是探索性的，按照“考试测验-评价-改动-再考试测验”的过程迭代进行。人在现场可以第一韶光得到全面的试验信息，对当前状态做出判断并由此形成下一步的事情方案，调度并确定试验状态与参数。比较地面的专家军队只能依赖有限的遥测数据开展事情，载荷专家航天员在现场可以利用丰富的状态信息做出综合判断和高效决策。
现场专家还可以直接改换试验样品、调度试件或试验举动步伐状态。这些操作必须“看得见摸得着”才能进行——至少，基于目前的技能能力，地面职员要想通过远程操控达到同样的效果，约束和难度要大得多。
空间站内，高性能打算机的配置和在轨3D打印、原位材料加工等技能的发展，将进一步加强现场职员参与试验的能力。依托天地链路，载人航天活动可以形成载荷专家在轨试验与地面专业中央技能保障相结合的事情模式，充分发挥天地所长。
2021年11月21日中国载人航天官方网站***截图，神舟十三乘组进行在轨科学实（试）验。（新华社发）
（2）空间站的运行操作
空间站是一个弘大的机、电、热综合举动步伐，内含大量的机构和机电类产品，人进行直接操作不仅效率高，而且易于对操作结果进行剖断。比如，对付阀门、动作机构等产品的开关或运动状态，地面常日以“开/关指令是否发出”或机构某一部位“是否触发压点开关”作为依据；受传感器事理及实现方法的制约，设备的运动部件“物理动作是否到位”在很多时候是难以直接判断的，人操作则可以直接由手柄位置、阀门角度、机构形位等实时判明操作结果。
人在现场的更大上风在于快速处置能力。一旦发生“动作不到位”，可以迅速判明是实际物理动作故障还是传感器或信息传输等其他环节的问题，并第一韶光处置。机构类产品的物理动作最适宜“眼见为实”，这也是无人航天器越来越多地配置摄像机，让地面职员能够直接从图像判断太阳翼展开、机器臂运动等状态的缘故原由。
（3）空间站及其他在轨举动步伐的组装建造
我们常常把空间站的在轨建造比喻为在太空中搭积木、盖屋子。它本色上是根本举动步伐不断增加、拼接或调度的过程，涉及舱内舱外大量繁芜而风雅的机器、电气操作，最适宜人在现场大显技艺。
国际空间站去年的两个大动作，便是这类操作的范例。一是美国舱段通过多组多次航天员出舱进行安装、连接、展开等事情，完成了两组新太阳电池阵的安装升级。二是俄罗斯航天员通过出舱和舱内操作连接电缆、网线并安装舱外举动步伐，使新近发射的“科学号”（Nauka）多功能舱真正成为国际空间站的组成部分。
首个模块1998年发射升空以来，国际空间站主构造桁架的装置和浩瀚舱段的扩展，都是航天员在机器臂赞助下完成的。截至2022年4月28日，国际空间站已开展250次航天员出舱活动，对空间站进行组装、掩护和升级。
2022年4月28日，俄罗斯航天员履行国际空间站第250次出舱活动，设置帮助启用新的欧洲机器臂。（图源：NASA）
2、人是机器的备份或补充
载人航天活动中，人控操作常常用作自动操作的备份或补充手段。我们可以理解为，人的操作与自动操作是两套独立且事理不同的异构掌握器，二者合营能够极大地提高系统可靠性。
比较范例的独立备份设计是交会对接。在交会的大部分过程中，系统须要进行测定轨和轨道打算，人是无法胜任的。交会末段，主动翱翔器要进行位置和姿态的六自由度掌握，人的视觉和运动能力就可在此关键时段发挥浸染了。在这一阶段，自动系统用雷达或光学丈量设备进行位置和速率丈量，用光学敏感器结合三维靶标测定相对姿态，用掌握打算机解算掌握参数并向推进系统发出掌握指令；航天员则以直接目视或摄像机不雅观察靶标图像，靠人的立体视觉剖断姿态，依据自己的空间运动感和位姿判断进行手柄操作，掌握飞船的翱翔动作。这样的设计，可以确保在自动系统故障时立即以人控接管，担保安全并连续任务。
人控作为补充的设计则常见于机器臂操作。机器臂赞助舱外活动的过程中，大范围的转移常日是由打算机进行路径方案并实行的，这样可以有效规避障碍并优化机构运动。当到达作业点须要微调时，现场航天员更理解自己的需求，通过直接不雅观察能够比依赖摄像机图像得到更全面的三维空间信息，因此这一阶段多采纳“听作业航天员指挥”的办法进行机器臂的局部位姿调度。为了提高效率，这种指挥和实行常日不再以天地协同模式进行，而是由舱内航天员按照舱外口令进行仪表和手柄操作。欧洲机器臂（European Robotic Arm/ERA）的现场操作更“现场”，专门为舱外航天员配置了一个操作盒。通过操作盒上的手柄和按钮，航天员可以在舱外作业现场像开挖掘机那样操作机器臂。
我国首次手控交会对接成功
3、应对意外是人特有的上风
须要航天员实行的在轨举动步伐掩护紧张是硬件设备改换或修理，即那些无法通过数据注入、软件升级等“软”办法实现且机器实行难度很大的项目。国际空间站二十余年的翱翔中，航天员更新过寿命到期的机器泵组，拆换过发生故障的掌握力矩陀螺，将氢镍电池升级为锂电池，人的操作涵盖了各种设备的维修掩护事情。
航天员发挥更大浸染的事情在于处置设计状态之外、须要现场根据详细情形判断的问题，范例例子包括哈勃望远镜的5次在轨维修和掩护升级，以及国际空间站上阿尔法磁质谱仪（ Alpha Magnetic Spectrometer/AMS）热控系统的维修。为办理哈勃望远镜透镜装置偏差问题，航天员上天安装为哈勃量身定制的改动镜；要在受限体积内腾出安装位置，还不得不拆除了一件相对不主要的设备（高速光度计）。在第二个案例中，工程研制了20余种专用工具，经由地面试验后上天操作，并根据航天员每次出舱的实际操作情形制订后续任务方案，终极完成了AMS制冷系统管路的维修。
应急抢险是航天员处理的最严厉故障，环球载人航天史上并不罕见。国际空间站密封舱泄露，航天员通过关舱门隔离舱段、对疑似泄露区域覆盖塑料膜等方法定位泄露点；和平号空间站发生失火，航天员以灭火器等手段息灭火焰，之后又规复空气身分并修复部分设备；失落控的礼炮7号空间站，则由同盟T-13航天员手控对接后修复。正是有了航天员的在轨维修掩护，设计寿命5年的和平号空间站持续事情了15年，国际空间站运行二十多年后在技能上仍可延寿。
“随机应变”式的现场处置与应急抢险，都属于“猜想之外”。这样的非正常情形一旦涌现，由于输入数据与演习数据相差太大，机器很难以最优性能应对。而人依赖自己的知识、履历和逻辑做出判断，每每能聪慧地办理问题、化抒难机。
1997年2月，美国宇航员在航天飞机 STS-82任务中出舱维修哈勃望远镜（图源：NASA/ESA）
4、研究人本身也是航上帝要任务
人是载人航天的活动主体，也是研究客体之一。从神舟五号的一天到空间站任务的6个月驻留，我国航天员连续在轨翱翔韶光越来越长；对身处空间环境的人进行研究既是保障当前翱翔任务康健安全的根本，也是未来载人登月、星际航行的前奏。
通过对分别在太空和地球勾留一年的同卵双胞胎航天员生理、生理指标的比拟研究，美国宇航局科学团队部分揭示了太空翱翔对人类染色体端粒、认知能力、基因表达等方面的影响。我国同样结合历次载人翱翔任务对航天医学问题的发生机理进行了深入研究，发展出了高效能的综合干预防护方法。航天医学实验和空间科学研究与运用、航天技能试验一起，构成了中国空间站的三大运用领域。
神舟十二号航天员聂海胜在轨测试心肺功能（图源：CCTV）
只管脑科学研究已取得重大进展，我们对付人脑事情机制的理解仍旧是非常有限的。繁芜的信息加工能力和综合判断能力，切实其实就像天下给予人类这一物种的分外赠送。
让机器实行运算量大、逻辑相对确定的事情而让人投身高等的、创造性的、乃至不可预见的活动，不仅成为地球上科技与生产领域的共识，也是天下各国发展载人航天、要让人从近地走向深空的系统设计之本。
下篇
万无一失的系统：人在太空的最佳平台
既然太空中人的浸染不可替代，载人航天的根本职责便是要为人在太空打造事情生活的平台。这一平台虽然最直接表示为载人航天器，它的维度实际上远远超越了航天器本身，是通过工程各要素的人因设计与技能方案的优化组合，让全体系统达到为“人”做事的最好状态。
作为航天工程师的我们，须要通过航天器及其运行系统的设计确保人的安全，在基本的生存环境之上建立人能够处于舒适状态的生活条件，末了才能设计和建造高效的事情场所与保障条件。这统统既是对载人航天任务需求的相应，也表示了中国空间站设计的后发上风。
1、安全第一的系统设计
担保人在太空的安全是载人航天第一要务。载人航天作为多系统、多专业参与的系统工程，环绕担保人安全的哀求，在全体大系统的配置和运行上设计了多重安全方法。
（1）多舱段空间站的安全逻辑
多舱段空间站的一大上风在于，各个舱段相对独立，可以分布式地承担安全保障功能，并且在局部涌现问题时能够通过物理隔离担保全局安全。
比如，国际空间站舱段的功能分配上，安全性干系的功能是相互备份冗余的。只管技能难度大且两国技能路线不一致，俄美舱段仍旧担保各配置了一套再生式生命保障系统。
中国空间站以天和核心舱作为平台掌握管理中央，对整站进行统一掌握。问天实验舱备份了完全的能源管理、信息系统、掌握系统和载情面况等关键功能，可以在核心舱故障时整体接管全站掌握。针对核心舱失落火、失落压等重大故障情形，它还特殊配置了一套完全的再生式生命保障系统和应急物资，以备航天员永劫光在此等待地面故障处置和接济。梦天实验舱则具备关键功能的设备级备份，进一步提高系统安全性。针对航天员出舱活动安全性，问天实验舱配置主份气闸舱，天和核心舱节点舱作为备份气闸舱。在出舱过程中如果主份气闸舱涌现问题，航天员能通过节点舱回到舱内，担保出舱活动的安全可靠。
中国空间站在轨组装过程（图源：中国载人航天工程办公室）
（2）救生船与终极安全方案
一旦航天员碰着安全问题，终极办理方案是回到地面。地面环境规避了统统空间不屈安成分，人在地面能够得到的保障与在轨比较也险些是无限大的。这一“最安全”原则对空间站提出了随时能够让航天员返回地面的哀求，由此引出“救生船”观点——载人飞船将航天员送到空间站后并不立即撤离，而是始终停靠在站上，成为站上职员的救生船。
站上有多少人，就要有多少人的救生能力，这和轮船配置救生艇的哀求是同等的。在任务安排上，还有一系列详细哀求与方法加以保障：
——不能涌现站上有人而无救生船，或是站上人数多于救生船容量的情形，临时或长期都不许可。比如，如果须要进行交会试验，或者飞船以暂时分离、重新对接的办法改换对接口，不论该次操作须要几个人，相应的乘组必须全员进入飞船，以担保万一任务涌现问题时所有人都在飞船上，是可以安全返回地面的。
——救生船在停靠期间不能完备断电，而是处于休眠状态，测控等设备保持开机值班，随时能吸收指令唤醒全船。
——救生船内储备必需的返回物资，定期加电巡检，航天员也要定期进入飞船检讨，确保飞船状态好，随时可用。
——救生船万一涌现无法返回的故障，要第一韶光、尽最大能力发射新的飞船上来接替。
2021年10月16日，神舟十三号飞船成功对接于天和核心舱径向端口。（图源：中国空间技能研究院）
（3）上天之前它叫地面接济船
第一韶光接替故障救生船的飞船，即地面接济船。空间站长期载人运行，哀求地面必须有持续待命的接济飞船，才能真正地全时担保在轨职员的安全。
从神舟十二号任务开始，我国结合连续任务，以滚动办法进行地面接济值班。神舟十二号准备发射时，神舟十三号也进发射场并完成测试；神舟十二号发射后，神舟十三号在发射场作为接济船待命，接到接济指令后可以最短韶光发射并实行接济；神舟十三号正式任务开始前，神舟十四号进发射场并完成测试……如此循环，各船滚动实行接济待命和正常翱翔任务。这种任务模式的优点在于，每艘飞船地面等待韶光不长且近似，避免了专用接济船长期存贮带来的一系列问题。
2021年9月17日，随着神舟十二号返回地球，神舟十三号从接济飞船转为正式任务飞船。（新华社琚振华 摄）
（4）轨道设计瞄准安全返回
返回地球最安全，因此空间站的轨道设计也要为各种情形下尽快回地球创造最佳条件。
——采取回归轨道。各国的载人空间站都位于340-450km高度的轨道，这既是均衡考虑大气层对宇宙辐射防护效应与轨道衰减成分的结果，也由于这个高度的轨道具有2-3天回归的特性。也便是说，空间站经由的地面区域（包括返回落区和地面测控站）以2-3天的周期重复，可以制订相对固定的返回翱翔程序。这对付担保返回安全性、特殊是应对发生时候不愿定的应急返回是非常有利的。
——设计选择返回落区。正常返回时，飞船应落在地理、景象、搜救等条件都比较好的区域。我国采纳陆上返回着陆的方案，比较海上溅落方案设计约束更大，由于符合着陆场条件的落区有限且地理位置固定，这就要通过轨道倾角设计使得空间站在回归周期内尽可能多地通过着陆区。如每天经由一次，即每天都可按正常程序返回预定着陆区。为了应对地面气候条件的不愿定性，还须要考虑在距主着陆区足够远、景象有差异的地方设置副着陆区。当空间站运行稳定、能够供应足够的安全和物资保障时，则可以通过在轨等待来规避地面不良景象，降落对付副着陆场的依赖。也便是说，以韶光（等景象）换空间（选择另一个地区着陆）。
——设计选择应急落区。应急着陆区的设置，是针对飞船在没有空间站支持单独翱翔时发生故障、须要尽快着陆担保航天员安全的情形。这里的“尽快”，是指飞船要在自身能源、氧气等资源花费完之前安全落地。考虑最恶劣情形，故障可能在任意时候发生，工程须结合轨道回归特性，在环球范围选择足够多且得当的区域作为应急着陆区，担保在“尽快”的韶光内飞船可以有选择地落在这些区域内，而不会落到设计之外的地方。
天宫一号空间实验室翱翔轨迹（图源：Phillyvoice）
（5）载人月球探测的安全策略
近地轨道的载人航天翱翔，紧急情形下飞船约45小时即可返回地面；纵然是一定要回到主着陆场，也不超过1天韶光。因此，“返回地面”成为近地翱翔任务中很多应急模式的对策。前文所述的和平号失火事件，当时即考虑过立即放弃空间站返回，末了因火势得以掌握改为先返回3人，留3人连续在站进行修复事情。
但月球任务就不同了。纵然不考虑月面起飞和环月轨道的变轨等事情，仅仅从环月轨道回到地球轨道即须要3天以上，就应急情形而言这个韶光太长了。笔者与俄罗斯同行互换时，对方非常重视的一点是，如果要进行月面持续事情的载人月球探测，必须改变近地轨道的应急策略，形成新的应急体系。
事实上，各国目前提出的长期月球探测任务方案中，都设计了月球轨道空间站。月轨站的一个主要角色，便是成为月面职员应急情形下的临时安全庇护所。相对月面的未知环境和落月所需的推进剂等代价，在稳定的月球轨道上可以建造和运行更安全可靠且保障资源更充足的空间站。从安全性视角看这样的配置方案，实际上是形成了“前沿探索（月面活动）-前方基地（月轨空间站）-大后方（地球）”的安全体系。
2、航天器作为空间生存之所
安全得到保障的条件下，航天器要为人供应基本的生存条件。
（1）大气环境
在轨翱翔期间人大部分韶光位于密封舱内，会花费氧气，产生二氧化碳和一些有害气体，同时空间站上的设备和试验装置也会少量开释有害气体。因此，舱底细况须要对大气压力和身分进行动态掌握。自和平号空间站起，长期翱翔的空间站都携带了再生式的生命保障系统；中国空间站也配置了电解制氧、再生二氧化碳去除、微量有害气体净化、冷凝水处理以及尿处理等系统，实现高物质闭环度的载情面况掌握。
（2）微生物掌握
有人生活的环境就会有微生物滋长。如果不加以掌握，微生物不仅危害人体康健，还会堕落设备。因此，微生物防控对付长期载人翱翔而言，是涉及生存环境安全的主要问题。
空间站的微生物掌握也是系统工程。抗菌防霉材料选用，设备生产和舱段总装测试过程中的清洁、考验与环境掌握，直到上天后通过空气净化、水净化和表面擦拭等方法净化，只有持续掌握微生物，才能担保人康健生存的环境。
（3）空间环境防护
宇宙射线危害人体康健。大气层防护、翱翔器防护和翱翔韶光掌握，为人体防护的三种办法。以防护当量评价，地球是贡献最大的，近地轨道区域的地球大气和磁场保护可使银河宇宙射线辐射强度降落70%-90%；翱翔器采取金属构造，并且合理将设备布局在人活动区的周边，是有效的防护手段；目前各国航天员每次翱翔任务常日不超过半年，也是为了掌握总的辐射剂量。
下列环境中，以上三种手段不同时知足，就会带来空间环境影响的风险：
——出舱活动。航天员在出舱活动期间失落去了航天器金属外壳的保护，出舱韶光累积的辐射剂量得单独打算。其余，各国在方案正常的出舱任务时，常日会让航天员在舱外的6至8小时翱翔中避开南大泰西非常区——该区域磁场强度比周边弱30-50%，范艾伦辐射带在此凹陷至200km，于400km轨道翱翔的空间站穿过其间时会受到更强的辐射。
——柔性充气舱。毕格罗宇航公司（Bigelow Aerospace）的可充气活动太空舱（Bigelow Expandable Activity Module, BEAM）已对接在国际空间站上投入试验运用，多家其他公司的商业空间站也采取了柔性舱方案。以多层新型材料构建的柔性舱，在保温、空间碎片防护、构造强度、密封、内部防刮防刺等方面的性能都有了很大提升，但由于材料密度低，对空间辐射的防护效果还是远低于金属。因此，BEAM目前只是一个有正常大气环境的试验舱，职员可以进入但无法长期勾留。柔性充气舱的在轨性能，还在持续评估中。
——深空翱翔。载人深空翱翔动辄数月乃至数年，阔别地球，以目前的航天器技能水平无法担保载员的辐射剂量安全，三项防护手段都不敷。在月面等无大气环境长期事情也存在同样问题。因此，深空翱翔器的防辐射方法以及利用月面原位资源建造防护场所，是值得深入研究的。
空间站再生生保系统架构（图源：航天医学与医学工程）
3、太空生活可以更好
生存问题办理后，就要为航天员改进生活条件，才能飞得更久、事情得更好。随着载人航天实践履历的积累和技能的进步，空间站生活条件也逐渐从保障足够的硬件条件发展到兼顾身心康健。
国际空间站上的穹顶舱（Cupola）便是一项精良的设计。它是一个凸出舱段表面1.5米的全景阁楼，在机器臂操作、来访翱翔器对接等任务时为翱翔工程师供应不雅观察点，更故意义的浸染是让长期生活在狭小密闭空间的航天员到此处眺望地球与星空，调节舒缓感情。穹顶舱该当是设计理念和技能进步双重浸染的成果，过去很难想象谁会专门研制一个直径近3米、重达1.8吨、彷佛没啥本色性工程功能的全景天窗送上天去。
国际空间站上的穹顶舱（图源：NASA）
在生活条件方面，中国空间站引入宜居设计理念，为航天员便利生活和生理生理康健供应保障：
——生活区和事情区。两个区域相对独立，对空间尺寸、照明、色彩、标识等都做了专门设计。生活区配置寝室、厨房和卫生间，并在布局和设备配置上充分考虑便利性与私密性。作为设计哀求，每个寝室内都有舷窗，生活区和事情区都有相应的噪声指标和掌握方法。
——磨炼举动步伐。舱内配置了跑步机、自行车等固定的磨炼举动步伐，航天员也配备了拉力器等便携式磨炼器材和阻抗磨炼装置。科学的在轨磨炼帮助航天员保持体能和身体性能，对完成在轨任务和返回地面的规复都有益处。
——智能家居管理及娱乐。基于无线WiFi网络，工程为航天员设计了事情、生活、娱乐APP，通过智好手机、平板电脑掌握实现空间站智能家居管理和物资管理。
——天地网络。天地网络保障了双向音***，航天员不仅可以看地面的电视节目，也可以利用网络电话与家人、队友、年夜夫、技能支持职员通话。这是真正的“天涯若比邻”。
神舟十二号航天员在轨磨炼（图源：中国空间技能研究院）
4、上天是为了事情
上天，是为了实行任务。在安全宜居的条件下，载人航天要为航天员设计更好的事情场所和便利的事情办法。
（1）人机界面设计
对航天员操作和利用的设备及交互界面，从方案阶段即同步开展工效学设计。伴随空间站的研制，干系产品在地面验证是也要进行系统至单机各个层级的工效验证和评价，确保上天后航天员能够安全、高效、便捷地进行操控。
（2）维修性设计
工欲善其事，必先利其器。既然维修掩护是航天员在轨事情的主要内容，空间站必须以知足维修需求为目标开展一系列设计。其紧张事情包括：
——维修需求识别。大略地说，相对随意马虎坏和寿命短的设备，或者是坏了就影响安全和任务的主要设备，就得在设计上担保它们是可维修的。前者比如寿命有限的蓄电池和泵，后者比如生命保障设备。反之，如果某些设备不可维修或维修的代价过大，那么就必须将其设计、制造得足够可靠，比如管路系统和干线电缆网。这和装修屋子类似：水龙头和灯泡都是可改换的，但埋在墙里的高下水管和供电线常日是不修不换而且不随意马虎坏的。
——设备可维修。对付单台设备，要担保航天员在失落重环境乃至着舱外服的情形下看清并可靠操作，且能够有效测试维修效果，必要时可以设计专用工具。舱外设备的维修难度更大，为了让航天员能够在带着舱外手套的条件下开展相应操作，操作手柄、电缆插头等等都是专门设计的。在进行设备安装布局时，要考虑航天员有足够的操作空间和照明条件。
——系统对维修性的支持。在轨维修无法像地面一样整站断电停机，维修期间必须能够隔离故障设备并保持系统运行。正如换水龙头时要把上游的水阀关掉，换灯泡时要把这个房间的电闸拉开，而其他房间还能正常用水用电。在航天器上的设计包括：可维修设备有替代设备连续事情坚持功能，或者其本身可以短韶光断电而不影响系统运行；供电系统可以局部断电以维修或改换故障设备，别的保持供电的设备能坚持系统运行；信息系统则要许可设备在切除和接入时不会产生网络协议冲突等问题。
——工具设计。航天员的手持工具、机器臂乃至机器人，都是须要设计的工具。从中国空间站已经完成的4次出舱任务，可以看到范例的舱外操尴尬刁难象及其表现。航天员乘组进行高效的人机协同，操控机器臂完成人和设备转移；舱外航天员利用功能完备的工具完成维修或装置任务；在空间站的舱外壁上支配了航天员穿着舱外服时用来固定身体的脚限位器，担保了航天员可以在作业点施展开手脚。
地面测试中的中国空间站机器臂（图源：中国空间技能研究院）
（3）“太空港”设计
全体空间站便是航天员“好使”的事情台和“趁手”的工具，它还能成为来访航天器的太空母港，为其供应做事保障。比如，基于共轨翱翔航天器在轨做事的创新模式，巡天空间望远镜可短期停靠天宫空间站，进行推进剂补给和设备掩护升级。
与当年美国不得不多次发射航天飞机去修理哈勃望远镜的巨大代价比较，共轨翱翔做事模式便捷、经济，大大拓展了载人航天器的“一专多能”。这种事情模式也充分发挥了无人和有人翱翔器的特长，避免了不同事情状态可能产生的抵牾。巡天望远镜平时事情时便是一颗无人卫星，没有职员活动滋扰，可以得到高精度高稳定度的姿态掌握，对天文不雅观测极为有利；须要维修掩护时则停靠在空间站上，成为载人航天器的一部分，航天员可以进行干系操作。
（4）天地协同保障
航天员不是自己在天上战斗。高效的天地协同，是充分发挥天地长项的主要保障。
阿波罗13号的返回是经典案例：飞船已靠近月球，做事舱氧气罐发生爆炸，地面掌握中央果断决定取消登月任务；航天员在地面工程师团队支持下履行了应急供电、空气净化器改造和返回制动，终极成功返回地球。前文提到的BEAM充气舱则供应了当代的天地协同范例：BEAM在首次展开过程中曾经因充气舱软质织物间的摩擦力超过预期而导致展开中止，天地3个团队——在轨的航天员乘组、飞控中央的美国宇航局团队及毕格罗研制团队——协同完成了故障定位和处置。地面工程师们彻夜不雅观察舱体状态变革，结合航天员现场查看情形，几方会商进行问题定位，并实时辅导航天员操作，形成了“航天员操作—充气舱变革—天地协同不雅观察判断—谈论形成下一步操作见地”的大闭环。第二次展开的7 个多小时里，航天员手动开充气阀25 次，成功充满并展开BEAM。
中国空间站核心舱在轨翱翔已逾一年。从已完成的出舱和舱内任务看，天地大系统保障下的在轨操作模式已成形。未来的空间站建造、扩展、升级以及在轨做事的运用中，地面专业团队支持下的航天员在轨作业能力将更加强大，将更充分地发挥人在太空的浸染。
2021年11月7日在北京航天翱翔掌握中央拍摄的神舟十三号航天员翟志刚出舱画面（新华社郭中正 摄）
千百年来，技能改变了人类的紧张劳动形式，也进一步凸显了人的智力上风。技能的更新与人的进步，是在动态的相互补充、彼此适配中前行的。人以其聪慧不断创造更前辈的技能，人必须自我提升才能适应技能迭代的速率；技能延伸了人的能力，拓展了人的生存空间，为实现人的全面发展供应了更好的条件。
这正是人在太空的意义。
中国空间站时期正在垂垂开启。人造诣了空间站，空间站也将造诣和提升人的代价与肃静；人是载人航天的一部分，又与载人航天一起构成更大的系统，共同探索边际、追问天下。（完）
监制：李晓云
编辑：王鑫蓉
校正：崔祎璁
