Entrenamiento astronauta - Astronaut training
El entrenamiento de astronautas describe el complejo proceso de preparar a los astronautas en regiones de todo el mundo para sus misiones espaciales antes, durante y después del vuelo, que incluye exámenes médicos, entrenamiento físico, entrenamiento de actividad extravehicular (EVA), entrenamiento de procedimientos, proceso de rehabilitación, como así como entrenamiento en experimentos que realizarán durante su estadía en el espacio.
Se han integrado instalaciones de entrenamiento físico y virtual para familiarizar a los astronautas con las condiciones que encontrarán durante todas las fases del vuelo y preparar a los astronautas para un entorno de microgravedad. Se deben tener consideraciones especiales durante el entrenamiento para garantizar una misión segura y exitosa, razón por la cual los astronautas del Apolo recibieron capacitación para el trabajo de campo de geología en la superficie lunar y por qué se están llevando a cabo investigaciones sobre las mejores prácticas para futuras misiones extendidas, como el viaje a Marte.
Propósito de la formación
Flujo de entrenamiento
La selección y entrenamiento de astronautas son procesos integrados para asegurar que los miembros de la tripulación estén calificados para misiones espaciales. El entrenamiento se clasifica en cinco objetivos para entrenar a los astronautas en los aspectos generales y específicos: entrenamiento básico, entrenamiento avanzado, entrenamiento específico de la misión, entrenamiento a bordo y entrenamiento de mantenimiento de competencia. Los alumnos deben aprender medicina, idiomas, robótica y pilotaje, ingeniería de sistemas espaciales, organización de sistemas espaciales y las siglas en ingeniería aeroespacial durante la formación básica. Si bien entre el 60% y el 80% de los astronautas experimentarán mareos por movimiento espacial, que incluyen palidez, sudoración fría, vómitos y anorexia, se espera que los candidatos a astronautas superen la enfermedad. Durante el entrenamiento avanzado y el entrenamiento específico de la misión, los astronautas aprenderán sobre la operación de sistemas específicos y habilidades requeridas asociadas con sus posiciones asignadas en una misión espacial. La capacitación específica de la misión generalmente requiere 18 meses para completarse para las tripulaciones del transbordador espacial y la estación espacial internacional . Es importante garantizar el bienestar, la salud física y mental de los astronautas antes, durante y después del período de la misión. El mantenimiento de la competencia tiene como objetivo ayudar a los miembros de la tripulación a mantener un nivel mínimo de desempeño, incluidos temas como la actividad extravehicular, la robótica, el idioma, el buceo y el entrenamiento de vuelo.
Lanzamiento y aterrizaje
Los efectos del lanzamiento y el aterrizaje tienen varios efectos en los astronautas, siendo los efectos más significativos que se producen el mareo por movimiento espacial , la intolerancia ortostática y los eventos cardiovasculares .
El mareo por movimiento espacial es un evento que puede ocurrir a los pocos minutos de estar en entornos cambiantes de gravedad (es decir, de 1 g en la Tierra antes del lanzamiento a más de 1 g durante el lanzamiento, y luego de microgravedad en el espacio a hipergravedad durante el reingreso y nuevamente a 1 g después del lanzamiento). aterrizaje). Los síntomas van desde somnolencia y dolores de cabeza hasta náuseas y vómitos. Hay tres categorías generales de cinetosis espacial:
- Leve: uno a varios síntomas transitorios, sin impacto operativo
- Moderado: varios síntomas de naturaleza persistente, impacto operativo mínimo
- Grave: varios síntomas de naturaleza persistente, impacto significativo en el rendimiento
Aproximadamente las tres cuartas partes de los astronautas experimentan mareos por movimiento espacial, cuyos efectos rara vez superan los dos días. Existe el riesgo de mareo por movimiento posterior al vuelo, sin embargo, esto solo es significativo después de misiones espaciales de larga duración.
Después del vuelo, después de la exposición a la microgravedad, el sistema vestibular , ubicado en el oído interno, se interrumpe debido a la falta de respuesta inducida por la microgravedad de los otolitos, que son pequeñas concreciones calcáreas que detectan las posturas corporales y son responsables de asegurar el equilibrio adecuado. En la mayoría de los casos, esto conduce a algunas ilusiones posturales posteriores al vuelo.
Los eventos cardiovasculares representan factores importantes durante las tres fases de una misión espacial. Se pueden dividir en:
- Enfermedades cardiovasculares preexistentes: generalmente se seleccionan durante la selección de astronautas, pero si están presentes en un astronauta, pueden empeorar en el transcurso del vuelo espacial.
- Eventos y cambios cardiovasculares que ocurren durante el vuelo espacial: estos se deben al cambio y redistribución de los fluidos corporales, alteraciones del ritmo cardíaco y disminución de la capacidad máxima de ejercicio en el entorno de microgravedad. Estos efectos pueden conducir potencialmente a que la tripulación quede gravemente incapacitada al regresar a un entorno gravitacional y, por lo tanto, no pueda salir de una nave espacial sin ayuda.
- Intolerancia ortostática que conduce al síncope durante la prueba de posición posterior al vuelo.
Operaciones en órbita
Los astronautas están entrenados para prepararse para las condiciones de lanzamiento, así como para el duro entorno del espacio. Esta capacitación tiene como objetivo preparar a la tripulación para eventos que se dividen en dos categorías amplias: eventos relacionados con el funcionamiento de la nave espacial (eventos internos) y eventos relacionados con el entorno espacial (eventos externos).
Durante el entrenamiento, los astronautas se familiarizan con los sistemas de ingeniería de la nave espacial , incluida la propulsión de la nave espacial , el control térmico de la nave espacial y los sistemas de soporte vital . Además de esto, los astronautas reciben capacitación en mecánica orbital , experimentación científica, observación de la tierra y astronomía . Esta formación es particularmente importante para las misiones en las que un astronauta se encontrará con varios sistemas (por ejemplo, en la Estación Espacial Internacional (ISS)). El entrenamiento se realiza con el fin de preparar a los astronautas para eventos que pueden representar un peligro para su salud, la salud de la tripulación o la finalización exitosa de la misión. Estos tipos de eventos pueden ser: falla de un sistema de soporte vital crítico, despresurización de la cápsula, incendio y otros eventos potencialmente mortales. Además de la necesidad de entrenar para eventos peligrosos, los astronautas también deberán entrenar para garantizar la finalización exitosa de su misión. Esto podría ser en forma de entrenamiento para EVA , experimentación científica o pilotaje de naves espaciales .
Eventos externos
Los eventos externos se refieren de manera más amplia a la capacidad de vivir y trabajar en el entorno extremo del espacio. Esto incluye la adaptación a la microgravedad (o ingravidez ), el aislamiento, el confinamiento y la radiación . Las dificultades asociadas con vivir y trabajar en microgravedad incluyen desorientación espacial , cinetosis y vértigo . Durante misiones de larga duración, los astronautas a menudo experimentarán aislamiento y confinamiento. Se sabe que esto limita el rendimiento de las tripulaciones de astronautas y, por lo tanto, el entrenamiento tiene como objetivo preparar a los astronautas para tales desafíos. Los efectos a largo plazo de la radiación en las tripulaciones aún se desconocen en gran medida. Sin embargo, se teoriza que los astronautas en un viaje a Marte probablemente recibirán más de 1000 veces la dosis de radiación de una persona típica en la Tierra. Como tal, la formación presente y futura debe incorporar sistemas y procesos para proteger a los astronautas contra la radiación.
Experimentos científicos
La experimentación científica ha sido históricamente un elemento importante de los vuelos espaciales tripulados y es el enfoque principal de la Estación Espacial Internacional. La formación sobre cómo llevar a cabo estos experimentos con éxito es una parte importante del entrenamiento de los astronautas, ya que maximiza el rendimiento científico de la misión. Una vez en órbita, la comunicación entre astronautas y científicos en tierra puede ser limitada, y el tiempo se distribuye estrictamente entre las diferentes actividades de la misión. Es vital que los astronautas estén familiarizados con los experimentos asignados para completarlos de manera oportuna, con la menor intervención posible desde tierra.
Para las misiones a la ISS, se requiere que cada astronauta sea competente en cien o más experimentos. Durante el entrenamiento, los científicos responsables de los experimentos no tienen contacto directo con los astronautas que los llevarán a cabo. En cambio, los científicos instruyen a los entrenadores que, a su vez, preparan a los astronautas para llevar a cabo el experimento. Gran parte de esta formación se realiza en el Centro Europeo de Astronautas.
Para los experimentos con humanos, los científicos describen sus experimentos a los astronautas que luego eligen si participar a bordo de la ISS. Para estos experimentos, los astronautas serán probados antes, durante y después de la misión para establecer una línea de base y determinar cuándo regresó el astronauta a la línea de base.
Finalidad de la formación en realidad virtual
El entrenamiento de realidad virtual para astronautas tiene como objetivo brindar a los candidatos a astronautas una experiencia de entrenamiento inmersiva. La realidad virtual se ha explorado como una tecnología para exponer artificialmente a los astronautas a las condiciones y procedimientos espaciales antes de ir al espacio. Usando la realidad virtual, los astronautas pueden ser entrenados y evaluados para realizar un EVA con todo el equipo necesario y las características ambientales simuladas. Esta tecnología moderna también permite cambiar el escenario sobre la marcha, como para probar protocolos de emergencia. Los sistemas de entrenamiento de realidad virtual pueden reducir los efectos del mareo por movimiento espacial a través de un proceso de habituación. El entrenamiento de realidad virtual antes del vuelo puede ser una contramedida para el mareo por movimiento espacial y la desorientación debido a la ingravidez del entorno de microgravedad. Cuando el objetivo es actuar como una herramienta de práctica, la realidad virtual se explora comúnmente junto con la robótica y hardware adicional para aumentar el efecto de inmersión o el compromiso del aprendiz.
Capacitación por región
Estados Unidos
En la NASA, después de la fase de selección, los llamados "AsCans" (candidatos a astronauta) deben someterse a un período de entrenamiento / adoctrinamiento de hasta dos años para convertirse en astronautas completamente calificados. Inicialmente, todos los AsCans deben pasar por una capacitación básica para aprender habilidades técnicas y blandas. Hay 16 cursos técnicos diferentes en:
- Sistemas de soporte vital
- Mecánica orbital
- Despliegue de carga útil
- Observaciones de la tierra
- Fisiología y medicina espacial
Los AsCans inicialmente pasan por el Entrenamiento Básico, donde reciben capacitación en Soyuz y los sistemas ISS, seguridad y operaciones de vuelo, así como supervivencia en tierra o agua. Pilot AsCans recibirá entrenamiento en el T-38 Trainer Jet de la NASA . Además, debido a que la exploración espacial moderna la realiza un consorcio de diferentes países y es un área muy visible al público, los astronautas recibieron capacitación profesional y cultural, así como cursos de idiomas (específicamente en ruso ).
Después de completar el entrenamiento básico, los candidatos proceden al entrenamiento avanzado de la NASA. Los AsCans están entrenados en modelos de tamaño real para tener una idea de lo que harán en el espacio. Esto se hizo tanto mediante el uso del Shuttle Training Aircraft mientras aún estaba operativo como mediante maquetas de simulación. El avión de entrenamiento del transbordador fue utilizado exclusivamente por el comandante y los astronautas piloto para las prácticas de aterrizaje hasta el retiro del transbordador, mientras que las instalaciones del sistema de simulación avanzado son utilizadas por todos los candidatos para aprender a trabajar y cumplir con éxito sus tareas en el entorno espacial. Los simuladores y las instalaciones de formación de EVA ayudan a los candidatos a preparar mejor sus diferentes operaciones de misión. En particular, las cámaras de vacío , los vuelos parabólicos y las instalaciones de flotabilidad neutra (NBF) permiten que los candidatos se aclimaten al entorno de microgravedad , particularmente para EVA. La realidad virtual también se está utilizando cada vez más como una herramienta para sumergir a AsCans en el entorno espacial.
La fase final es el entrenamiento intensivo. Comienza aproximadamente tres meses antes del lanzamiento, preparando a los candidatos para su misión asignada. Las simulaciones integradas específicas de vuelo están diseñadas para proporcionar un campo de pruebas dinámico para las reglas de la misión y los procedimientos de vuelo. El último entrenamiento intensivo conjunto de tripulación / controlador de vuelo se lleva a cabo en paralelo con la planificación de la misión. Esta fase es donde los candidatos se someterán a una formación operativa específica de la misión, así como a la experiencia con los experimentos asignados. También se incluye la formación de los oficiales médicos de la tripulación para intervenir eficazmente con acciones proactivas y reactivas en caso de problemas médicos.
Instalaciones de formación notables
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Puede tomar hasta dos años para que un AsCan se califique formalmente como astronauta. Por lo general, el proceso de entrenamiento se completa con varias instalaciones de entrenamiento disponibles en la NASA: Las instalaciones de entrenamiento espacial intentan replicar o simular la experiencia de los vuelos espaciales en una nave espacial de la manera más cercana y realista posible. Esto incluye réplicas de cabina de tamaño completo montadas en cilindros hidráulicos y controladas por tecnología informática de última generación; tanques de agua elaborados para la simulación de ingravidez ; y dispositivos utilizados por los científicos para estudiar la física y el medio ambiente del espacio exterior.
- Instalación de maquetas de vehículos espaciales (SVMF): ubicada en el Centro Espacial Johnson en Houston, TX. El SVMF consta de modelos a tamaño real de vehículos de la ISS, el Orion y otros programas comerciales diferentes. El propósito de SVMF es proporcionar una experiencia simulada única para que los astronautas se familiaricen con sus tareas en los vehículos espaciales. Los posibles proyectos de capacitación incluyen la preparación de operaciones de emergencia, mantenimiento intravehicular en órbita y esclusas de aire. La instalación también proporciona experiencias para los astronautas en comunicaciones en tiempo real con el equipo de tierra para el apoyo de la misión.
- KC-135 Stratotanker: el KC-135 es un avión de reabastecimiento de combustible diseñado por Boeing. Conocido como el “Weightless Wonder” o el “Vomit Comet”, este avión es el más famoso de su tipo, que ha servido para simular entornos reducidos o de microgravedad para los astronautas de la NASA desde 1994. Las maniobras de “montaña rusa” que el avión es capaz de hacerlo, proporcionar a las personas y al equipo a bordo entre 20 y 25 segundos de ingravidez.
- El piso con cojinetes de aire de precisión (PABF): ubicado en el Centro Espacial Johnson en Houston, TX. Debido al entorno de microgravedad en el espacio, la falta de fricción resultante genera dificultades para que los astronautas se muevan y detengan objetos grandes. El PABF es un "piso plano" que utiliza aire comprimido para suspender los típicos hardware o maquetas que los astronautas pueden encontrar en el espacio por encima del suelo. Se utiliza para simular entornos de baja fricción para que los astronautas aprendan a mover objetos grandes.
- El Laboratorio de Flotabilidad Neutral: (NBL): ubicado en el Centro Espacial Johnson en Houston, TX. Mediante una combinación de efectos de ponderación y flotación, el NBL crea un equilibrio entre las tendencias a hundirse y flotar, y por lo tanto simula la experiencia de ingravidez. En el NBL, varios modelos de vehículos espaciales de tamaño completo están presentes en un gran "tanque de agua". A diferencia del SVMF, el NBL ayuda a los astronautas a entrenarse en proyectos como el mantenimiento, pero fuera del vehículo espacial.
Europa
La formación de astronautas en Europa se lleva a cabo por el Centro Europeo de Astronautas (EAC), con sede en Colonia , Alemania . La formación europea tiene tres fases: formación básica, formación avanzada y formación específica incremental.
Para todos los astronautas seleccionados por la ESA, el entrenamiento básico comienza en la sede de la EAC. Esta sección del ciclo de capacitación tiene cuatro bloques de capacitación separados que duran 16 meses. Los astronautas recibirán una orientación sobre las principales naciones espaciales, sus agencias espaciales y todos los principales programas espaciales tripulados y no tripulados. La capacitación en esta fase también analiza las leyes y políticas aplicables del sector espacial. Se introducen conceptos básicos técnicos (que incluyen ingeniería, astrodinámica , propulsión, mecánica orbital, etc.) y científicos (que incluyen fisiología humana , biología , observación de la tierra y astronomía) para garantizar que todos los nuevos astronautas tengan el nivel básico de conocimiento requerido. Se imparte capacitación sobre las operaciones e instalaciones de la ISS, incluida una introducción a todos los principales sistemas operativos a bordo de la ISS que se requieren para su funcionalidad como laboratorio de investigación espacial tripulado. Esta fase también cubre operaciones de sistemas en profundidad para todas las naves espaciales que dan servicio a la ISS (por ejemplo, Soyuz, Progress , Vehículo de transferencia automática ( ATV ) y Vehículo de transferencia H-II ( HTV )), así como el control de tierra y la capacitación en instalaciones de lanzamiento. . Esta fase de formación también se centra en habilidades como operaciones robóticas , encuentro y atraque , cursos de idioma ruso, comportamiento y rendimiento humanos y, finalmente, un curso de buceo en aguas abiertas PADI . Este curso de buceo ofrece entrenamiento básico de EVA en el NBF de la ESA antes de pasar a la instalación de entrenamiento más grande de la NASA en el Centro Espacial Lyndon B. Johnson .
La capacitación avanzada incluye una mirada mucho más profunda a la ISS, incluido el aprendizaje de cómo dar servicio y operar todos los sistemas. En este momento, también se implementa una capacitación científica mejorada para garantizar que todos los astronautas puedan realizar experimentos científicos a bordo de la ISS. Esta fase tarda alrededor de un año en completarse y la capacitación se completa en toda la red de socios de ISS, ya no solo en el EAC. Es solo al completar esta fase que los astronautas son asignados a un vuelo espacial.
El entrenamiento específico por incremento comienza solo después de que un astronauta ha sido asignado a un vuelo. Esta fase dura 18 meses y los prepara para su rol en la misión asignada. Durante esta fase, los miembros de la tripulación, así como las tripulaciones de respaldo, entrenarán juntos. Las tareas de la tripulación en la ISS se adaptan individualmente, teniendo en cuenta la experiencia particular y los antecedentes profesionales del astronauta. Hay tres niveles de usuario diferentes para todos los equipos de a bordo (es decir, nivel de usuario, nivel de operador y nivel de especialista). Un miembro de la tripulación puede ser un especialista en sistemas y al mismo tiempo ser solo un operador o usuario de otros, por lo que el programa de capacitación se adapta individualmente. El entrenamiento específico incremental también incluye entrenamiento para lidiar con situaciones fuera de lo nominal. Los astronautas también aprenderán a ejecutar los experimentos que están programados específicamente para sus misiones asignadas.
Rusia
El entrenamiento para cosmonautas se divide en tres fases: entrenamiento espacial general, entrenamiento grupal y entrenamiento de tripulación. El entrenamiento espacial general dura aproximadamente dos años y consta de clases, entrenamiento de supervivencia y un examen final que determina si un cosmonauta será un cosmonauta de prueba o de investigación. El próximo año se dedica al entrenamiento grupal, donde los cosmonautas se especializan en Soyuz o ISS, así como en habilidades profesionales. Las fases finales, la fase de formación de la tripulación, dura un año y medio y está dedicada a los procedimientos detallados de las operaciones de los vehículos, la formación de la ISS y el idioma inglés .
La formación se lleva a cabo principalmente en el Centro de Formación de Cosmonautas Yuri Gagarin . Las instalaciones del centro tienen maquetas de tamaño completo de todas las principales naves espaciales soviéticas y rusas, incluida la ISS. Al igual que con los astronautas de la ISS, los cosmonautas se entrenan en los EE. UU., Alemania, Japón y Canadá para recibir capacitación específica en los distintos módulos de la ISS.
Japón
El programa japonés de vuelos espaciales tripulados se ha centrado históricamente en la formación de astronautas para las misiones del transbordador espacial. Como tal, la capacitación se llevó a cabo anteriormente en el Centro Espacial Lyndon B. Johnson de la NASA, y siguió a la de los astronautas de la NASA y otros participantes internacionales en el programa del Transbordador Espacial.
Desde el desarrollo de las instalaciones de formación nacionales en el Centro Espacial de Tsukuba , la formación ha tenido lugar cada vez más en Japón. Con la participación de Japón en la ISS, el entrenamiento de los astronautas japoneses sigue una estructura similar a la de otros socios de la ISS. Los astronautas realizan 1,5 años de entrenamiento básico principalmente en Tsukuba, seguidos de 1,5 a 2 años de entrenamiento avanzado en Tsukuba y los sitios asociados de la ISS. La capacitación para cualquier astronauta internacional de la ISS que involucre el módulo Kibo también se llevará a cabo en el Centro Espacial Tsukuba.
El Entrenamiento Avanzado es seguido por el Entrenamiento Específico por Incremento, que, junto con cualquier entrenamiento de Kibo, se llevará a cabo en Tsukuba. El entrenamiento de EVA para Kibo se lleva a cabo en el sistema de prueba de entorno sin peso (WETS). WETS es una instalación de flotabilidad neutral que presenta una maqueta a gran escala del módulo Kibo en la ISS. El Centro Espacial de Tsukuba también incluye instalaciones médicas para evaluar la idoneidad de los candidatos, una cámara de aislamiento para simular algunos de los factores estresantes mentales y emocionales de los vuelos espaciales de larga duración, y una cámara hipobárica para entrenar en escenarios de rotura del casco o fallas del sistema de soporte vital que resultan en una reducción. o pérdida de presión de aire.
porcelana
Aunque no se dispone de detalles oficiales del proceso de selección para el programa de Shenzhou , lo que sí se sabe es que los candidatos son elegidos por la Administración Nacional del Espacio de China de la Fuerza Aérea China y deben tener entre 25 y 30 años de edad, con un mínimo de 800 horas de vuelo y una educación a nivel de grado. Los candidatos deben tener entre 160 cm y 172 cm de altura y entre 50 kg y 70 kg de peso.
Para los astronautas de Shenzhou de China, la capacitación comienza con un programa de educación de un año sobre los conceptos básicos de los vuelos espaciales. Durante este período, los candidatos también se familiarizan con la fisiología y la psicología humanas. La segunda fase de formación, que dura casi 3 años, implica una amplia formación para pilotar el vehículo Shenzhou en modo nominal y de emergencia. La tercera y última etapa de la formación es la formación específica de la misión y dura aproximadamente 10 meses. Durante esta fase de entrenamiento, los astronautas son entrenados en el entrenador Shenzhou de alta fidelidad, así como en la Instalación de Flotabilidad Neutral ubicada en el Centro de Astronautas de China (ACC), en Beijing . Además del tiempo que se pasa en la instalación de flotabilidad neutra (NBF), el entrenamiento para EVA se lleva a cabo en una cámara de alto vacío y baja temperatura que simula las condiciones ambientales del espacio. En todas las etapas del entrenamiento, los astronautas se someten a acondicionamiento físico, incluido el tiempo en una centrífuga humana ubicada en el ACC, y un programa de vuelos de microgravedad, que se lleva a cabo en Rusia.
India
El programa de vuelos espaciales tripulados de la India todavía espera una aprobación formal. Una vez despejada, se espera que la misión lleve a dos indios en un vehículo orbital tipo Soyuz a la órbita terrestre baja . El entrenamiento de estos astronautas debe basarse en las lecciones aprendidas al entrenar al único Comandante del Ala de Cosmonautas de la India, Rakesh Sharma ( ver Salyut-7 1984 ) y a través de la cooperación internacional de la India con la NASA y Roscosmos. Esto permitiría a la India obtener conocimientos de sus ricas experiencias en vuelos espaciales tripulados. También existe la posibilidad de que India pueda seguir adelante con su programa de vuelos espaciales tripulados individualmente, lo que requiere que la Organización de Investigación Espacial de la India ( ISRO ) desarrolle su propio programa de capacitación. Para el entrenamiento de astronautas, la India está decidiendo un lugar que está a una distancia de 8 a 10 km del aeropuerto internacional de Kempegowda. Esta tierra es propiedad de ISRO. En él se construirán centros de formación de astronautas e ingeniería biomédica. Aunque el entrenamiento de la misión del primer hombre de la India se llevará a cabo en EE. UU. O en Rusia, este lugar se puede utilizar para futuros entrenamientos. Además, el centro contará con cámaras de regulación de radiación, ciclos térmicos y centrífugas para el entrenamiento de aceleración.
Entrenamiento futuro
Entrenamiento de astronauta suborbital
Si bien la primera generación de astronautas de vuelos espaciales no gubernamentales probablemente realizará trayectorias suborbitales, actualmente compañías como Virgin Galactic y Xcor Aerospace están desarrollando programas de entrenamiento de astronautas suborbitales patentados. Sin embargo, el primer programa oficial de entrenamiento de astronautas suborbitales fue un esfuerzo conjunto entre dos agencias gubernamentales. La Fuerza Aérea Ecuatoriana y el Centro de Entrenamiento de Cosmonautas Gagarin desarrollaron el programa ASA / T (Entrenamiento Avanzado de Astronautas Suborbitales) que duró hasta 16 meses entre 2005 y 2007 y se centró en tareas de comando e investigación durante misiones cortas con trayectorias suborbitales de hasta 180 kilómetros. Este programa contó con un ciudadano ecuatoriano graduado en 2007, la Agencia Espacial Ecuatoriana hizo un llamado a una nueva generación de candidatos a la capacitación ASA / T, de acuerdo a la EXA, se enfocarán en el alquiler de vehículos suborbitales comerciales con el fin de realizar investigación espacial tripulada.
Astronautas comerciales
De cara al futuro, la aparición del turismo espacial comercial requerirá nuevos estándares para los participantes del vuelo que actualmente no existen. Estos estándares serán para garantizar que los exámenes médicos se realicen correctamente para garantizar vuelos seguros y exitosos. Este proceso será diferente al de los astronautas de las agencias espaciales porque el objetivo no es volar con la mejor persona, sino garantizar un vuelo seguro para los pasajeros. Las principales consideraciones para este tipo de viajes serán:
- ¿Qué tipo y extensión de formación es suficiente?
- ¿Quién calificará a los turistas espaciales como aptos para viajar?
- ¿Cómo cumplirán las nuevas regulaciones con las juntas médicas existentes?
- ¿Qué criterios de selección deben emplearse para reducir los peligros para los turistas espaciales?
Las regulaciones médicas para los vuelos espaciales comerciales podrían mitigar el riesgo de las compañías espaciales comerciales seleccionando solo a aquellos capaces de pasar los criterios médicos estándar, en lugar de permitir que cualquiera que pueda comprar un boleto pueda volar. Es probable que la primera generación de vuelos espaciales comerciales sean trayectorias suborbitales que provoquen cambios de aceleración significativos, lo que provocará problemas cardiovasculares y pulmonares. Debido a esto, cualquier criterio médico futuro para los participantes de vuelos espaciales comerciales debe centrarse específicamente en los efectos perjudiciales de los niveles gravitacionales que cambian rápidamente, y qué individuos serán capaces de tolerar esto.
Los candidatos a científicos y astronautas del Proyecto PoSSUM han llevado a cabo un programa formativo de los fundamentos del científico-astronauta junto con cursos adicionales de Bioastronáutica , Actividad extravehicular , Operaciones de vuelo espacial, Ingeniería de pruebas de vuelo e Investigación en la atmósfera superior desde 2015. A partir de enero de 2021, el programa ha atrajo a miembros de 46 países diferentes y publicó investigaciones sobre dinámica mesosférica, desempeño humano en trajes espaciales, investigación de microgravedad en varios campos y entornos posteriores al aterrizaje. Los programas están a cargo del Instituto Internacional de Ciencias Astronáuticas, que también se ha asociado con la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle, Trajes espaciales de diseño de frontera final, Survival Systems USA, Consejo Nacional de Investigación de Canadá, Agencia Espacial Canadiense y la Asociación Nacional de Instructores Subacuáticos.
La investigación actual sobre entrenamiento físico y estrategias para astronautas comerciales realizada por Astrowright Spaceflight Consulting, la primera empresa comercial en ofrecer entrenamiento físico dedicado para turistas espaciales , sugiere que el entrenamiento físico convencional es inadecuado para respaldar el movimiento seguro en microgravedad , y que el entrenamiento utilizando puntos reducidos de se debe enfatizar la estabilidad.
Misiones de larga duración a la Luna o Marte
Los astronautas para misiones a largo plazo, como las de la Luna o Marte, deben realizar múltiples tareas y deberes, porque en tales misiones los astronautas deberán funcionar en gran medida de manera autónoma y deberán ser competentes en muchas áreas diferentes. Para este tipo de misiones, la formación para preparar a los astronautas probablemente incluirá formación como médicos , científicos , ingenieros, técnicos , pilotos y geólogos . Además, se centrará en los aspectos psicológicos de las misiones de larga duración en las que la tripulación está mayormente aislada.
Actualmente, una misión de seis meses a la ISS requiere hasta cinco años de entrenamiento de astronautas. Este nivel de capacitación es de esperar y es probable que se amplíe para futuras misiones de exploración espacial. También puede incluir aspectos de entrenamiento en vuelo. Es posible que la ISS se utilice como una instalación de entrenamiento de astronautas de larga duración en el futuro.
Una poderosa herramienta para el entrenamiento de astronautas será el uso continuo de entornos analógicos, incluidas las Operaciones de Misión de Medio Ambiente Extremo de la NASA ( NOAA NEEMO ), Estudios de Tecnología e Investigación del Desierto de la NASA ( Desert RATS ), Envihab (planificado), Unidad de Investigación Analógica de Vuelo , Haughton-Mars. Project ( HMP ), o incluso la ISS (en vuelo). De hecho, en NEEMO un total de 15 astronautas de misión (conocidos como aquanauts ) han sido entrenados para futuras misiones a asteroides. El uso de la realidad virtual también seguirá utilizándose como medio para entrenar a los astronautas de manera rentable, en particular para operaciones como la actividad extravehicular ( EVA ).
Estas misiones no son completamente independientes sin la presencia de robots. Esto abre una nueva vía hacia la interacción humano-robot que debe entenderse y practicarse a fondo para desarrollar una relación armoniosa entre astronautas y robots. Estos robots ayudarían a los astronautas a pasar de ser sus asistentes personales a la próxima generación de exploradores de entornos extremos. Actualmente hay un robot en la ISS que ayuda a los astronautas en sus gigantescas tareas con un toque humano. El entrenamiento de interacción intercultural y de robots humanos es la necesidad de la hora para misiones de larga duración.
El entrenamiento también debe evolucionar para futuros aterrizajes en la Luna a una misión humana a Marte . Factores como la dinámica de la tripulación, el tamaño de la tripulación y las actividades de la tripulación juegan un papel crucial, ya que estas misiones durarían de un año a la Luna a tres años en Marte. El entrenamiento requerido para tales misiones debe ser versátil y fácil de aprender, adaptar e improvisar.
Un viaje a Marte requerirá que los astronautas permanezcan en la cápsula de la tripulación durante nueve meses. La monotonía y el aislamiento del viaje presentan nuevos desafíos psicológicos. El largo período pasado en la cápsula de la tripulación es comparable a otras formas de confinamiento solitario, como en submarinos o bases antárticas. Estar en un entorno aislado y confinado genera estrés, conflictos interpersonales y otros problemas de comportamiento y mentales. Sin embargo, se ha demostrado que el paisaje natural y la comunicación con los seres queridos relajan y disminuyen estos efectos. Se está investigando una red de interacciones sociales para la mejora de la vida bilateral (ANSIBLE), que proporciona un escenario natural y socialización en un entorno de realidad virtual, como una solución para la salud del comportamiento.
Los investigadores están estudiando cómo se pueden ajustar las herramientas de salud mental actuales para ayudar a la tripulación a enfrentar los factores estresantes que surgirán en un ambiente aislado y confinado (ICE) durante misiones extendidas. La Estación Espacial Internacional utiliza un sistema de gestión de conflictos de comportamiento conocido como Estación Espacial Virtual (VSS) para minimizar el conflicto entre los miembros de la tripulación y abordar los desafíos psicológicos. El programa tiene módulos que se centran en la gestión de relaciones, el estrés y la depresión que guían a los astronautas a través de una sesión de terapia virtual en el espacio.
Entrenamiento de astronautas de realidad virtual
Historia
Las tecnologías de realidad virtual llegaron por primera vez a un lanzamiento comercial en la década de 1990. No fue hasta entonces que la gente se dio cuenta de que la realidad virtual se puede utilizar para entrenar a los astronautas. Los primeros engranajes de realidad virtual para el entrenamiento de astronautas están dedicados a mejorar la comunicación entre los operadores de brazos robóticos y el astronauta durante las actividades extravehiculares (EVA). Reúne a los miembros de la tripulación de EVA y a los operadores de brazos robóticos, en vivo, incluso cuando están a bordo de una nave espacial. También se utiliza para reemplazar algunos de los modelos de gran tamaño que no caben en el laboratorio de flotabilidad neutra (NBL).
En 1993, los astronautas fueron entrenados y evaluados para trabajar en el Telescopio Espacial Hubble a través de una herramienta de entrenamiento de realidad virtual, Investigación en aspectos de factores humanos de entornos virtuales mejorados para entrenamiento y simulación de EVA (RAVEN). Sin embargo, el objetivo de RAVEN no era entrenar a los astronautas, sino evaluar la eficacia del entrenamiento con realidad virtual frente a bajo el agua y otras configuraciones.
A lo largo de los años de desarrollo tecnológico en la realidad virtual, el hardware del laboratorio de realidad virtual de la NASA también ha mejorado significativamente. Se están renovando tanto el material como la resolución de la pantalla:
- 1991: Pantalla de cristal líquido (LCD) - 320x420
- 1992: Tubo de rayos catódicos (CRT) - 1280x1024
- 2005: Diodo emisor de luz microorgánico (micro-OLED) - 800x600
- 2012: pantalla LCD: 1280 x 720
- 2015: OLED - 1920 x 1080
La realidad virtual también se ha adoptado en una gama mucho más amplia de campos de la exploración espacial a lo largo de la historia de la renovación tecnológica. Las aplicaciones más nuevas de la realidad virtual incluyen, entre otras, las siguientes:
- Planificación de la misión
- Diseño cooperativo e interactivo
- Resolución de problemas de ingeniería
- Modelado de datos
Formación actual en realidad virtual
Si bien la instalación de entrenamiento de actividades extravehiculares (EVA) puede simular las condiciones del espacio, incluida la presión y la iluminación, el entorno Micro-g no se puede reconstruir por completo en el entorno 1-G de la Tierra. La realidad virtual se utiliza durante el entrenamiento con EVA para aumentar la inmersión del proceso de entrenamiento. El Centro Espacial Johnson de la NASA cuenta con instalaciones como la Instalación de maquetas de vehículos espaciales (SVMF), el Laboratorio de realidad virtual (VRL) y el Laboratorio de flotabilidad neutra (NBL).
El SVMF utiliza el Simulador de Gravedad Parcial (PGS) y el piso con soporte de aire (PABF) para simular la gravedad cero y los efectos de las leyes de movimiento de Newton . Los sistemas de entrenamiento similares se originaron en el entrenamiento de Apolo y Géminis. La realidad virtual mejora los sentidos de un astronauta durante los módulos de entrenamiento, como las operaciones de desconexión rápida de fluidos, los paseos espaciales y las reparaciones del sistema de protección térmica (TPS) del transbordador espacial del orbitador .
El Laboratorio de Realidad Virtual de la NASA utiliza la realidad virtual para complementar la Ayuda simplificada para el rescate de EVA (SAFER) como ayuda simplificada. El entrenamiento de realidad virtual ofrece una simulación gráfica tridimensional de la Estación Espacial Internacional (ISS) con auriculares, guantes de retroalimentación háptica y rastreador de movimiento. En 2018, dos astronautas de la Expedición 55 , Richard R. Arnold y Andrew J. Feustel , recibieron entrenamiento en realidad virtual y realizaron la 210a caminata espacial. El Laboratorio de Realidad Virtual ofrece a los astronautas una experiencia de realidad virtual inmersiva para caminatas espaciales antes de lanzarse al espacio. El proceso de entrenamiento combina un programa de representación gráfica que replica la ISS y un dispositivo llamado Charlotte Robot que permite a los astronautas explorar visualmente su entorno mientras interactúan con un objeto. El robot Charlotte es un dispositivo simple con un brazo de metal unido al costado que permite al usuario interactuar con el dispositivo. El usuario usa guantes de retroalimentación háptica con sensores de fuerza que envían señales a una computadora central. En respuesta, la computadora central maniobra el dispositivo usando una red de cables y calcula cómo actuaría en el espacio a través de la física. Si bien los objetos no tienen peso en el espacio, un astronauta debe estar familiarizado con las fuerzas de inercia de un objeto y comprender cómo responderá el objeto a movimientos simples para evitar perderlo en el espacio. La formación se puede completar individualmente o con un compañero. Esto permite a los astronautas aprender a interactuar con la masa y los momentos de inercia en un entorno de microgravedad.
El Laboratorio de Flotabilidad Neutral (NBL) tiene ventajas al simular un entorno de gravedad cero y reproducir la sensación de flotar en el espacio. El método de entrenamiento se logra mediante la construcción de un entorno de baja gravedad mediante el mantenimiento de la flotabilidad natural en una de las piscinas más grandes del mundo. La piscina NBL utilizada para practicar actividades extravehiculares o caminatas espaciales tiene 62 metros (202 pies) de largo, 31 metros (102 pies) de ancho y 12 metros (40 pies) de profundidad, con una capacidad de 6.2 millones de galones. Los cascos de realidad virtual con pantalla subacuática montada en la cabeza (U-HMD) se utilizan para proporcionar información visual durante el entrenamiento con una velocidad de fotogramas de 60 fps y una resolución de pantalla de 1280 por 1440. El sistema de entrenamiento de realidad virtual subacuática tiene un costo de entrenamiento reducido debido a la accesibilidad de las aplicaciones de realidad virtual, y los astronautas necesitan menos tiempo para completar la tarea de práctica asignada.
A pesar de los módulos de formación de la NASA, la formación en vuelos espaciales comerciales también utiliza tecnología de realidad virtual para mejorar sus sistemas de formación. El equipo de realidad virtual de Boeing desarrolla un sistema de entrenamiento para que Boeing Starliner entrene a los astronautas para el transporte entre la Tierra y la ISS. El sistema de entrenamiento de realidad virtual puede simular situaciones de alta velocidad y escenarios de emergencia, por ejemplo, el lanzamiento, la entrada al espacio y el aterrizaje en una ubicación inesperada.
Ventajas del entrenamiento en realidad virtual
La reorientación visual es un fenómeno que ocurre cuando la percepción de un objeto cambia debido al campo visual y las señales cambiantes. Esta ilusión alterará la percepción del astronauta de la fuerza de orientación de la gravedad y luego perderá la dirección espacial. Los astronautas deben desarrollar una buena conciencia y orientación espacial para superar la reorientación visual. En el entrenamiento tradicional de desorientación, por ejemplo, el Centro de Entrenamiento de Cosmonautas Yuri Gagarin entrena al astronauta simulando un entorno de microgravedad a través de una centrífuga. Por el contrario, el entrenamiento con realidad virtual requiere menos equipo, lo que capacita a los astronautas de manera más económica.
El entrenamiento de realidad virtual utiliza dispositivos de interacción realistas mixtos, como cabinas en los simuladores de vuelo que pueden reducir la enfermedad de la simulación y aumentar el movimiento del usuario. En comparación con el entrenamiento tradicional, el entrenamiento de realidad virtual funciona mejor para minimizar los efectos del mareo por movimiento espacial y la desorientación espacial. Los astronautas que recibieron entrenamiento de realidad virtual pueden realizar la tarea un 12% más rápido, con una disminución del 53% en los síntomas de náuseas.
Si bien la realidad virtual se utiliza en el entrenamiento de astronautas en tierra, la tecnología inmersiva también contribuye al entrenamiento en órbita. La pantalla VR montada en la cabeza (HMD) puede ayudar al astronauta a mantener el bienestar físico como parte del entrenamiento de mantenimiento de la competencia. Además, los sistemas de realidad virtual se utilizan para garantizar la salud mental de los miembros de la tripulación. Las simulaciones de escenarios sociales pueden mitigar el estrés y establecer la conectividad bajo el ambiente aislado y confinado (ICE).
La realidad virtual aclimata a los astronautas a entornos en el espacio como la Estación Espacial Internacional antes de dejar la Tierra. Si bien los astronautas pueden familiarizarse con la ISS durante el entrenamiento en la NBL, solo pueden ver ciertas secciones de la estación. Si bien prepara a los astronautas para las tareas que están realizando en el espacio, no les proporciona necesariamente una comprensión espacial completa del diseño de la estación. Ahí es donde la realidad virtual juega un papel importante. El Laboratorio de Realidad Virtual utiliza un sistema conocido como el programa Dynamic Onboard Ubiquitous Graphics (DOUG) para modelar el exterior de la ISS, incluidas calcomanías, líneas fluidas y líneas eléctricas, para que la tripulación pueda aclimatarse a su nuevo entorno. El nivel de detalle va más allá del exterior de la estación. Cuando un usuario ingresa al espacio, ve negro puro hasta que sus pupilas se dilatan y el cielo se llena de estrellas en una ocurrencia llamada 'efecto floreciente'.
Desventajas del entrenamiento con realidad virtual
Si bien la realidad virtual prepara a los astronautas para las tareas desconocidas que enfrentarán en el espacio exterior, el entrenamiento no puede replicar el estrés psicológico y emocional que enfrentan los astronautas a diario. Esto se debe a que las tareas virtuales no tienen la misma repercusión que la tarea real y la tecnología no produce efectos psicológicos fuertes, como la claustrofobia, que suele ocurrir en entornos cerrados.
Estimular un entorno de microgravedad virtual puede resultar costoso debido a los requisitos de equipos adicionales. A diferencia de la realidad virtual comercializada, el equipo que utiliza la NASA no se puede producir a gran escala porque los sistemas requieren tecnología complementaria. Varios programas de realidad virtual funcionan en combinación con el laboratorio de flotabilidad neutral o el robot Charlotte en el laboratorio de realidad virtual, lo que requiere instalaciones costosas y no elimina el componente de viaje que la realidad virtual puede minimizar. El robot Charlotte de la NASA está restringido por cables que simulan el entorno de microgravedad y el Laboratorio de Realidad Virtual solo tiene dos máquinas en su poder. Este sistema de entrenamiento en particular requiere un sistema de guantera virtual (GVX) que se ha incorporado al entrenamiento en la NASA y el sistema virtual EVA en el Centro de Astronautas de China. Al usar sensores incrustados en la tela, los guantes pueden detectar cuándo el usuario decide agarrar un objeto o soltarlo, pero la tecnología debe desarrollarse más para integrar los movimientos precisos del usuario en los programas virtuales. Se ha informado que estos guantes son incómodos y solo capturan movimientos limitados. Los sensores de movimiento de cuerpo completo también se han incorporado al entrenamiento y tienden a ser costosos pero necesarios para tener una respuesta táctil efectiva en respuesta a los movimientos de los astronautas. Si bien se han desarrollado programas de realidad virtual que no requieren sensores de cuerpo completo, la ausencia reduce el grado en que un usuario puede interactuar con el mundo virtual.
Futuro
El enfoque principal de la investigación futura de tecnologías de realidad virtual en la exploración espacial es desarrollar un método para simular un entorno de microgravedad. Aunque ha sido un objetivo desde el comienzo del uso de la realidad virtual en el entrenamiento de astronautas, se han logrado avances menores. La configuración actual utiliza una cuerda elástica unida a los pies de una persona, un columpio unido al cuerpo y, finalmente, una pantalla de realidad virtual montada en la cabeza (HMD). Sin embargo, de los participantes en experimentos que utilizan esta configuración para simular entornos de gravedad reducida, solo experimentan la sensación de moverse en el espacio con la ayuda de la realidad virtual, pero la experiencia no se parece a un entorno real de gravedad cero en el espacio exterior. Específicamente, la presión de la cuerda elástica y el columpio debido al propio peso de los participantes crea una sensación irreal y desagradable. La tecnología actual puede ser suficiente para que el público en general experimente cómo es moverse en el espacio, pero aún está lejos de ser utilizada formalmente como una herramienta de entrenamiento de astronautas.
Estos esfuerzos de simulación de la microgravedad tienen un propósito similar de crear un entorno cada vez más inmersivo para el entrenamiento de astronautas. De hecho, esta es una tendencia en desarrollo para toda la industria de la realidad virtual. La experiencia de realidad virtual de escena definitiva que estamos imaginando eventualmente estará marcada por la eliminación entre el mundo real y el virtual.
Ver también
- Efecto de los vuelos espaciales en el cuerpo humano.
- Misiones análogas humanas
- Vuelo espacial humano
- Mercurio Siete
- Cuerpo de Astronautas de la NASA
- Medicina espacial
- El Monumento al Astronauta
Referencias
Otras lecturas
- Baratt, Michael (1 de mayo de 2008), Principios de medicina clínica para vuelos espaciales , Springer , ISBN 978-0-387-98842-9
- Clément, Gilles (25 de abril, 2005), Fundamentos de la Medicina Espacial , Espacio Biblioteca Tecnología , ISBN 978-1-4020-3246-2
- Kanas, Nick (30 de septiembre de 2003), Psiquiatría y Psicología Espacial, Biblioteca de Tecnología Espacial, ISBN 978-1-4020-1341-6
- Seedhouse, Erik (13 de abril de 2010), Prepararse para el lanzamiento: El proceso de entrenamiento de astronautas , Springer Praxis Books / Space Exploration , ISBN 978-1-4419-1349-4