12月26日，神舟十三號(hào)航天員乘組在軌開(kāi)展第二次出艙活動(dòng)。航天員翟志剛、葉光富進(jìn)行了艙外作業(yè)，航天員王亞平在艙內(nèi)配合支持。

大家或許不知道，VR（全稱(chēng)Virtual Reality，即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）為這次出艙提供了巨大的幫助。空間站出艙活動(dòng)訓(xùn)練利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，給航天員提供一個(gè)場(chǎng)景，非常逼真地模擬了艙內(nèi)外環(huán)境。

航天員系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師黃偉芬介紹空間站出艙活動(dòng)訓(xùn)練

01 最早應(yīng)用在航天，改變了航天

說(shuō)起VR（虛擬現(xiàn)實(shí)），大家最先想到的也許是VR游戲，但其實(shí)VR技術(shù)最早是在航天起家的。

美國(guó)宇航局作為研發(fā)VR技術(shù)的鼻祖之一，其艾姆斯研究中心已經(jīng)建立了多種VR訓(xùn)練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供全國(guó)使用的VR教育系統(tǒng)。中國(guó)、歐空局等也正在越來(lái)越多地將VR技術(shù)應(yīng)用于航天領(lǐng)域。

載人航天是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高成本、高難度的任務(wù)。太空環(huán)境和地面有很大的不同，地基模擬載人航天任務(wù)的傳統(tǒng)方法，一般是讓操作者在失重飛機(jī)或中性浮力水槽中進(jìn)行操作和訓(xùn)練，但這存在造價(jià)高昂、不可能進(jìn)行大量人體實(shí)驗(yàn)等缺陷。

而VR技術(shù)為順利地完成載人航天任務(wù)提供了新方法和新途徑。VR技術(shù)為航天員虛擬一個(gè)逼真的太空世界，使其仿佛置身于真實(shí)太空環(huán)境。

NASA創(chuàng)建VR實(shí)驗(yàn)室，利用VR技術(shù)來(lái)幫助太空探索

VR可以呈現(xiàn)給航天員一個(gè)三維立體的、信息更加豐富的、環(huán)境更加自然親切的界面。如果要描述一個(gè)航天任務(wù)，可以把航天員放在太空任務(wù)的虛擬場(chǎng)景中去，將豐富的臨場(chǎng)感覺(jué)信息直接送入航天員腦海，使其獲得場(chǎng)景、任務(wù)的沉浸感。這樣不但可以提高航天員感知和認(rèn)知太空任務(wù)的效率，而且還省卻了很多通過(guò)語(yǔ)言轉(zhuǎn)述、理解所消耗的時(shí)間。

此外，在VR環(huán)境下，航天員不僅可以對(duì)虛擬太空任務(wù)中的物體進(jìn)行操作，同時(shí)還可以從虛擬環(huán)境中得到自然的反饋程度，如同在真實(shí)物理世界與虛擬物體產(chǎn)生交互作用一樣。這種交互性對(duì)航天員來(lái)說(shuō)非常重要，它可以幫助航天員在感知、認(rèn)知的基礎(chǔ)上進(jìn)一步理解航天任務(wù)。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，VR技術(shù)能夠節(jié)省經(jīng)費(fèi)支出縮短研制時(shí)間、將風(fēng)險(xiǎn)降至最低、投資效率最大化。

02 模擬太空，為更好地飛向太空

空間定向訓(xùn)練

航天員在太空極易發(fā)生空間失定向現(xiàn)象，由此引發(fā)的航天員對(duì)姿態(tài)、位置和運(yùn)動(dòng)狀況發(fā)生的錯(cuò)誤判斷，極其容易威脅航天員的健康和安全。

飛行前適應(yīng)性訓(xùn)練是一種防止或減輕空間運(yùn)動(dòng)病和空間失定向的有效方法。虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練設(shè)備可以部分模擬微重力環(huán)境下的感覺(jué)重組，借助地基搭建VR環(huán)境進(jìn)行虛擬空間定向訓(xùn)練，訓(xùn)練航天員以倒立、側(cè)身漂浮等各種不同觀察視角判斷周?chē)矬w方位、自身所處艙段名字，記憶運(yùn)動(dòng)路徑，以及完成手控交會(huì)對(duì)接任務(wù)等，保證航天員在飛行器中能夠快速判斷方位關(guān)系。

航天員采用VR技術(shù)研究空間站微重力實(shí)驗(yàn)

多人協(xié)同操作訓(xùn)練

一些航天任務(wù)需要多名航天員協(xié)同操作完成，通過(guò)VR技術(shù)建立虛擬訓(xùn)練仿真系統(tǒng)，可以利用逼真的太空協(xié)同操作場(chǎng)景，幫助航天員制定多人協(xié)同工作的方式、協(xié)同策略和規(guī)劃工作的流程，預(yù)測(cè)協(xié)同細(xì)節(jié)問(wèn)題，將一些具體的操作內(nèi)容以直觀的方式提供給航天員，以提高多名航天員協(xié)同作業(yè)時(shí)的默契程度，探索艙外環(huán)境中多名航天員之間快速有效的溝通方法，減少協(xié)同任務(wù)的操作時(shí)間。

裝配與維修任務(wù)訓(xùn)練

受太空失重環(huán)境的影響，也許地面上非常簡(jiǎn)單的裝配和維修任務(wù)在太空上將會(huì)變得異常復(fù)雜和費(fèi)力，高昂的發(fā)射費(fèi)用容不得航天員針對(duì)某個(gè)裝配維修任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)熟悉操作流程、或反復(fù)多次進(jìn)入太空。

通過(guò)虛擬裝配與維修訓(xùn)練，借助觸覺(jué)和力反饋裝置，可以為航天員提供正確的操作程序，熟悉特殊維護(hù)與保養(yǎng)任務(wù)的相關(guān)事宜，增加其對(duì)相關(guān)硬件的辨識(shí)能力及操作的熟練程度，減少返工操作的可能性，提高裝配順序的準(zhǔn)確度，以及裝配工藝的可靠性。

波音借助VR技術(shù)進(jìn)行宇航員訓(xùn)練

在軌醫(yī)監(jiān)醫(yī)保服務(wù)

在未來(lái)中長(zhǎng)期在軌飛行任務(wù)中，航天員很可能會(huì)面臨接受手術(shù)這樣迫不得已的治療手段。利用VR系統(tǒng)不僅可以訓(xùn)練未病患航天員完成手術(shù)操作，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療的作用，使得地面醫(yī)生與航天員通過(guò)VR通道共同進(jìn)入虛擬的在軌手術(shù)間研究治療方案，實(shí)施太空手術(shù)。

應(yīng)對(duì)突發(fā)緊急情況

VR能夠在保證航天員人身安全的情況下，大大降低應(yīng)對(duì)突發(fā)緊急推演的投入成本，提高推演實(shí)訓(xùn)時(shí)間和重復(fù)次數(shù)，增加實(shí)訓(xùn)中極端情況的種類(lèi)。

VR不僅可以做到簡(jiǎn)單的場(chǎng)景漫游，還可以結(jié)合以往航天事故的數(shù)據(jù)組建一種結(jié)合聲、光、熱、震動(dòng)等效果的應(yīng)急推演模式，并可大膽地預(yù)想一些人身安全與事故災(zāi)難情況，從而使航天員能夠開(kāi)展針對(duì)性訓(xùn)練，提高自身的應(yīng)變能力與相關(guān)處理技能。

虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)

從航天器的設(shè)計(jì)開(kāi)始，技術(shù)人員會(huì)利用各種手段來(lái)模擬航天器在太空環(huán)境下的運(yùn)行狀況，以提高其安全性和可靠性，這是一般意義上的仿真。VR技術(shù)與航天仿真的結(jié)合不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)意義上仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、參數(shù)分析、在軌運(yùn)行管理、故障分析研究等功能，并且能夠使航天員產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉浸感和真實(shí)感。

“月球一號(hào)”VR體驗(yàn)設(shè)備

03 打造元宇宙，探索真宇宙

在《21世紀(jì)航天：2101年前的發(fā)展預(yù)測(cè)》一書(shū)中，作者已然預(yù)見(jiàn)了VR在航天領(lǐng)域的不可替代性。“在開(kāi)發(fā)宇宙過(guò)程中，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)將發(fā)揮關(guān)鍵作用，并且，第一步已經(jīng)邁出。在開(kāi)發(fā)宇宙領(lǐng)域，我們當(dāng)前所做的以及未來(lái)將做的一切，應(yīng)是全人類(lèi)的財(cái)富，而非僅限于少數(shù)專(zhuān)家。”

劉慈欣曾說(shuō)過(guò)：“人類(lèi)面前有兩條路。一條是向外，通往星辰大海；一條向內(nèi)，通往虛擬現(xiàn)實(shí)。”周鴻祎認(rèn)為，從某種層面上，劉慈欣批評(píng)的是那些完全虛擬的、讓人沉迷的元宇宙，而不是幫助實(shí)現(xiàn)真正產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的產(chǎn)業(yè)元宇宙。

星辰大海的漫漫征途，人類(lèi)從未停下腳步。VR為我們帶來(lái)了元宇宙，但這并非是路途終點(diǎn)，我們將繼續(xù)向前，在元宇宙的助力之下，去探索真正的宇宙。

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