人因工程在航天技術中的應用

1、人因工程在航天技術中的應用摘要航空航天中的人因工程學運用人體測量學、生理學和生物力學等研究手 段和方法，綜合研究人體結構、功能、心理工程學和生物力學等問題，借以 設計能使操縱員發(fā)揮最大效能的飛行器，特別是飛機駕駛艙和飛船指揮艙的 設計。這一學科研究的主要內容是：人體特性測量、人-機（飛行器）系統(tǒng)設 計、人-機界面設計。本論文詳細介紹了如何利用人體特性測量、人 -機（飛行器）系統(tǒng)設計、 人-機界面設計來把人和機器的優(yōu)點有機地結合起來，來提供舒適的工作環(huán) 境（合適的溫度、濕度、壓力、大氣成分和照明），以提高操縱員的工作效 率。同時，艙內顏色、光強和氣味等對飛行員和航天員的身體與心理也有影 響。人-

2、機界面設計人與飛行器進行信息交換的界面是顯示器和操縱器。 在設計顯示器時，須充分考慮人感覺系統(tǒng)的能力，避免感覺的信息量太大， 尤其是視覺顯示量。解決的途徑有：根據人感覺系統(tǒng)的特點設計多種感覺 通道顯示器和混合顯示器，如聽覺指示器、觸覺感受器和多通道顯示器等； 把大量儀表同時顯示的方式改為按時間順序顯示需要信息的方式；用計算機輔助預處理大量信息，選擇少量關鍵的信息加以顯示。隨著電子計算機在航空航天活動中的應用， 航空航天人機工程學的研究 重點是充分利用機載計算機的功能，使飛行人員和航天員與計算機更好地配 合起來并具有充分的靈活性。關鍵詞：人因工程，航空航天，人體測量學，人機界面目錄 TOC o

3、1-5 h z HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 第1章緒論1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.1論文研究背景與意義 1 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 1.2人因工程學發(fā)展的原因 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.3論文研究內容3 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 第2章載人航天器的座艙結構設計 4 HYPERLINK l book

4、mark22 o Current Document 2.1意義 4 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 2.2人機界面布局方式的演變 42.2.1以航天員視區(qū)分布為基礎的空分制布局 42.2.2基于電子顯示儀表時分制顯示的多功能綜合布局 .5 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 2.3乘員艙的結構布局 6 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 第3章 載人航天飛行任務中照明設計中的人因 7 HYPERLINK l bookmark54 o Current

5、 Document 3.1照明在航天任務中的重要性 7 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 3.2照明設計指標8 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 3.3航天器艙內外照明的設計 103.3.1艙內照明 103.3.2艙外照明設計11 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 第4章結論與前景13 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 參考文獻14第1章緒論1.1論文研究背景與意義人類是萬物之靈，人類在認識自然改

6、造自然中衍生、進化、發(fā)展，也在 這一過程中不斷認識自己。隨著科學技術的發(fā)展工具和機器不斷改進提高， 加上人本身的復雜性導致人機系統(tǒng)越來越復雜，其安全問題和效率問題日益 突出，由此誕生了人因工程學這門新型綜合性學科。它由工效學發(fā)展而來， 解決人機系統(tǒng)在特定任務特定環(huán)境中人機關系 （機適應人、人適應機）問題， 達到安全、舒適和高效的目的。當前，航天人因工程研究的重點包括航天員能力特性、航天器人機界面 及人機交互、人系統(tǒng)整合設計與評估、人員選訓及人因可靠性四個研究方向， 涵蓋包括心理學、生物力學、腦與認知、人工控制、交互技術、人系統(tǒng)建模 仿真等多學科領域。我國自1968年成立宇宙醫(yī)學及工程研究所（航

7、天醫(yī)學 工程研究所）起，不斷推進人因工程在載人航天工程中的應用發(fā)展。經過 22年載人航天飛行實踐，我國航天人因工程研究緊貼工程研制實際，面向 任務需求開展了人的能力特性規(guī)律、人機交互控制、工效學評價技術和方法 學研究，取得了大量的成果，首次在國際著名期刊科學上以?？问郊?中向國際學術界介紹了我國航天人因研究成果，產生廣泛影響。與此同時， 還建立了符合工程實際的基本有效的管理模式，有力保障了載人航天任務的成功。1.2人因工程學發(fā)展的原因進入20世紀70年代以后，隨著電子技術的進步和計算機的廣泛應用， 操作系統(tǒng)對人的要求越來越高，系統(tǒng)中考慮人的因素也顯得越來越重要。特 別是美國三里島核電站事件的

8、發(fā)生， 對人因工程學的發(fā)展起了很大的推動作 用。1979年3月28日凌晨4點，在美國賓夕法尼亞洲哈里斯柏格附近的三 里島核電站，一個臨時的障礙引起該核電站一號機組供水系統(tǒng)和發(fā)動機自動 關閉。在零點幾秒之后，系統(tǒng)中建立的預備保險系統(tǒng)開始正常工作，提供新 的供水系統(tǒng)。緊接著四個關鍵性的錯誤一起發(fā)生了，以從末有過的事實證明 人在復雜系統(tǒng)中的表現是多么重要。第一個錯誤發(fā)生在故障發(fā)生之前。預備供水系統(tǒng)的管道被維修工人關閉 了。而這個維修工人從此就沒有上班。結果是核反應中心由于得不到循環(huán)冷 水的供應以排除它的熱量。溫度開始升高，并把周圍的冷水變成蒸汽。壓力 迅速升高。但是預備保險系統(tǒng)繼續(xù)正常工作。圓形棒下

9、降到反應堆使核反應程序放 慢。壓力釋放閘打開了以釋放在主冷卻系統(tǒng)中產生的蒸汽。當壓力下降到低 于警戒水平后，自動釋放閘收到了關閉的信號。正像在一個熱循環(huán)系統(tǒng)中當 屋內溫度達到了一定的溫度時，熱循環(huán)系統(tǒng)就自行關閉一樣。在這時，第二 個錯誤發(fā)生了。由于閘門失靈，這個閘門并沒有關閉。在發(fā)動機關閉的一分鐘之內，三里島核電站的操作人員正在試圖從無數 的紅燈，警報中猜測到底發(fā)生了什么事。雖然根據他們過去受訓的經驗他們 對事故有一個大概的了解，但有一個信號使他們誤入歧途。壓力釋放顯示器 顯示的是命令狀態(tài)，而不是實際狀態(tài)。操作人員以為壓力釋放閘是關閉的。 這是第三個關鍵性的錯誤。同時，預備的自動保險系統(tǒng)繼續(xù)工

10、作。一個緊急水泵自動打開，開始向 系統(tǒng)提供系統(tǒng)急需的冷卻劑。在這里，操作人員做出了一個決定使也許是一 個小事故變成了大災難。由于屏幕顯示壓力已經很高，釋放閘已經關閉，操 作人員決定自己而不是用機器來控制系統(tǒng)。他們把緊急水泵關閉了。這個決 定是基于操作人員的推測系統(tǒng)中的冷卻劑太多了而不是太少了。反應堆得不到急需的冷卻劑，事故很快就到了不可收拾的地步。事故的調查表明：第一，不是某一個失誤，錯誤，事件或機器失靈導致 這場事故。這場事故是由許多因素共同引起的。第二，人的錯誤是在許多不 同的方面的，從操作人員錯誤地把緊急冷卻劑關閉到設計人員設計閘門的顯示器時告訴人們應當做什么，而不是閘門當時的狀態(tài)。第三

11、，也許是最重要 的，大量的信息和復雜的顯示形式超過了操作人員內在的，有限的能力，如 注意力，記憶力，決策能力等。因此在三里島事件中與在其他事件中一樣， 雖然人的錯誤是事故的直接原因，操作人員本身并沒有什么過錯，而是系統(tǒng) 的設計者應當受到責備，因為他們給了操作人員無法勝任的工作。人因工程發(fā)展的第二個原因是計算機的應用。20世紀80年代初期，當美國蘋果公司的 Mac上采用視窗顯示。而 Mac令人們忽然發(fā)現，以前電腦 操作的成千上萬條指令原來不需要背誦，只需要點一點鼠標就行了。它了解 了人的記憶力的缺陷和視覺的優(yōu)點，然后揚計算機之長，克操作者之短，使 機器適應于人，而不是像傳統(tǒng)的讓人適應于機器。人因

12、工程發(fā)展的第三個原因是隨著人類社會的進步，人的價值越來越 高，各種人身傷亡事故中，對人的賠償金額也越來越高。事故發(fā)生之后，到 底是誰的責任，律師們越來越希望借助于人因工程專家的觀點來判斷事故的 真實原因，這就對人因工程產生了巨大的需求和促進作用。人因工程發(fā)展的第四個原因是人們對生活質量要求的提高。最初，人因 工程主要是應用到工作場所?，F在人們發(fā)現，在家庭和休閑中也涉及人因工 程的內容。在家里學習時的座椅與辦公室的座椅的設計要求是相同的或相似 的，炒菜灶臺的高低與工廠站著裝配時工作面的高低差別不大。1.3論文研究內容運用人因工程學的原理與方法詳細分析了在載人航天器中的座艙結構、 人機界面設計、以

13、及宇航員在太空中生活的設計思路與成果。宇航員在艙內作業(yè)以及艙外作業(yè)即太空中作業(yè)如交會對接任務中的燈 光設計，以符合人因工程學原理。第2章載人航天器的座艙結構設計2.1意義乘員艙是航天員生活和工作的場所，對它進行結構布局工效學研究（針 對空間飛行條件下人的特性和任務要求，對艙內部件和儀表的位置按一定原 則進行設計，使之合理布置在乘員艙空間內）的目的是充分發(fā)揮航天員的工作 效率,以確保系統(tǒng)的安全可靠。根據國外經驗，乘員艙結構布局工效學設計是 載人航天器總體設計的一個重要環(huán)節(jié)，并且如何進行最佳的乘員艙結構布局 工效學設計，已成為載人航天特別是中、長期載人航天飛行中進行系統(tǒng)結構 設計時應解決的重要問題

14、。2.2人機界面布局方式的演變如上所述，乘員艙結構布局的工效學設計是關系到提高航天員工效、減 輕工作負荷的重要課題。研究表明:人獲取的信息大約70 %80 %來自視覺。 在與外界隔絕的乘員艙內，航天員得到飛行信息的主要途徑之一是觀察儀表 顯示器。因此，載人航天器儀表的發(fā)展對乘員艙結構布局的演變具有重大影 響。另外，由于開關、按鈕、操作桿之類的控制器是航天員進行姿態(tài)控制等 飛行操作的手段，它們都隨著儀表板布局方式的確定而確定。因此，可以認為，儀表板的布局決定了座艙布局方式。2.2.1以航天員視區(qū)分布為基礎的空分制布局70年代以前，美國、前蘇聯的載人航天器大多采用機電式儀表 ，其乘員艙 的布局一般

15、借鑒當時通行的飛機座艙的 “T”形布局，即根據航天員任務特點， 確定與人員操作關系最重要的儀表，如全姿態(tài)儀、地平儀、飛行高度表等，構 成基本儀表，將它們放在主視區(qū)，為了提醒航天員注意，通常用白線把它們框 起來。當然，除此之外還有一些次要的飛行儀表，空分制布局在工效學研究中 所體現的主要特點是：信息顯示與操縱動作協調一致，便于判讀，易于理解。機電式儀表一般均為垂直刻度的帶式儀表，采用活動刻度帶和固定參考基準。沿縱向參考 基準線顯示各種與飛行方向、滾轉等有關信息；沿橫向顯示各種偏航、俯仰、過載等有關。信息，這就便于觀察和相互參照，更重要的是，儀表顯示和操縱動 作的方向與幅值都協調一致，有利于判讀掃

16、描和引入指引信息。航天員操縱信息來源廣泛，即它可以獲得儀表顯示的實時值和經過 載人航天器系統(tǒng)的飛行指引計算機加工的指令值，據此來進行操作，將能提高 工效及減輕工作負荷。空分制布局一經確定，被顯示的信息也就隨著儀表的位置固定后其 顯示位置也不會改變。因此，便于航天員熟悉、判讀以及儀表板的標準化。ORight time and altitude displayfill altitude displayo*guiding geographical position showingpush-buttoricontrol unit圖2-1飛機儀表盤的空分制布局2.2.2基于電子顯示儀表時分制顯示的多功能

17、綜合布局飛行操作任務的日趨增多和復雜，使得與使用機電式儀表相對應的空分 制布局的缺陷也愈發(fā)凸現。例如，它隨著機械顯示儀表數量的不斷增多而越 來越擁擠不堪。其次，空分制專用的機械顯示儀表始終占據固定位置，利用率 不高，還會分散航天員的注意力。此外，機械顯示元件占有固定空間，所以其顯 示的隱現和轉換困難，位移受機械限制，特別是在復雜任務工況的條件下，空 分制布局必將限制機電式儀表的信息容量、靈活性和功能。隨著電子和計算 機技術的進一步發(fā)展，70年代后期，電子顯示儀表進入了工程實用階段，例如 當時的“聯盟”號飛船和“天空實驗室”都廣泛使用電子顯示儀表，大大改變了顯示內容的靈活性，它可以根據特定的飛行

18、任務和飛行階段，分成若干典 型的工作狀態(tài)。每一個工作狀態(tài)僅顯示此階段航天員操作需要的幾種信息，亦即時分制顯示，其主要優(yōu)點是：電子顯示儀表能夠一表多用，即具有多種功能，這樣大大減少了儀表數量和占用儀表板的空間，可緩和儀表板擁擠的矛盾，并且只將航天員在不同 飛行階段或不同情況下所需的各種信息實時地綜合顯示在12個畫面上,避免了無關信息顯示的干擾和縮小感知信息的現場，從而提高判讀工效。電子顯示儀表分系統(tǒng)是利用船載計算機、數據傳輸總線、電子顯示器和多功能鍵盤，使各種設備和傳感器的數據信息數字化，按時分制原則(根據實時需要的先后，匯總傳輸)進行綜合顯示和控制的。因此它能夠將同樣的 信息同時多路傳輸顯示，

19、利用多功能鍵盤實現集中控制，可減少和簡化操作動 作，減輕操作負荷和提高操作精度。具有較好的功能擴充性，例如使得有可能在不增加硬件復雜性的前提下,應用人工智能專家系統(tǒng)來完成航天員的某些工作。另外，語音控制是近年來發(fā)展的飛行自動化方面的一項新技術，它采用語言識別技術，通過使計算 機理解人所發(fā)出的語言指令來操作被控對象。這樣的功能擴充不僅可以減輕 航天員操作的體力負荷，而且也能縮短人的反應時。電子顯示儀表的光學字符形式靈活多樣，可用編程方法實現任意的 字符形式，有利于提高航天員的操作工效。正是由于電子顯示儀表具有這樣一些突出的優(yōu)點，它們已成為目前乘員艙內的主要顯示儀表，而使傳統(tǒng)的機電式儀表逐漸退居次

20、要位置 ，并引起艙內 儀表板布局發(fā)生根本性變化，突出的一點就是打破了以往的空分制布局特點，形成所謂的“多功能綜合布局乘員艙”。2.3乘員艙的結構布局目前，在進行乘員艙結構布局工效學研究時，一般考慮航天員人體測量學 的靜態(tài)數據(結構尺寸)和動態(tài)數據(功能尺寸)，大多數情況下，因為要考慮身 體各部位的關聯與影響，從而必須基于功能尺寸作出相應的設計。同時，由于 空間飛行條件的限制，它又要比地面環(huán)境中考慮更多一層的因素?？傊?，其研究集中在：座艙的基本尺寸的工效學設計，與飛機座艙比較類似，都以人體測量 數據為基礎，但由于空間失重及其它環(huán)境因素的影響，又具有自己的特點。例 如，失重使人取中線體位，穿航天服

21、引起的肢體活動范圍減小 ，并且微重力條 件下人體運動方式為漂浮而不是立姿行走等等。針對這些特性，國外已發(fā)布 的基本數據是：由于著航天服，設計的人體基本尺寸應增加 4 %5 % ,特別是 特殊要求的艙外活動航天服時,這個比例可達20 %30 %。最終乘員艙幾何尺寸應至少使第5百分位數至第95百分位數的航天員便于操作和保證第1百分位數至第99百分位數的航天員均能安全操作及應急逃逸。（2）航天員操作可達性的工效學研究，所有的控制裝置應是航天員在正 常操作位置上可達的，其布置和選取要考慮在各種應急過載條件下的操作能力。此外，儀表和顯示器的顯示面要盡量垂直于操作者的正常視線，兩者夾角（視角）不小于45（

22、3）顯示器排列和安裝的工效學，須防止由于其周邊對光線的反射而影響對其它儀表的判讀，如有必要可采取屏蔽和濾光等技術措施來確保對所有 儀表的判讀。并且在控制裝置位于它所控制的儀表附近時，則這些裝置的排列,應使得在操作它們時，手不會影響對儀表的觀察。同時，對由于錯誤或不當 心的操作與動作（如誤觸、誤碰）會引起重大事故的控制裝置，須提供防差錯設 計。此外，功能上相關的儀表、顯示器與控制件，應排列在一起，與顯示器有關 的控制裝置要力求布在靠近顯示器的位置。并且，使用頻繁的顯示器須安排 在最佳視區(qū)內和最容易接近的位置上。對于最佳視區(qū)的確定，一般認為:在有操縱的條件下，前方（尤其前面中左區(qū)域）目標發(fā)現較快，

23、其次是左右方，后方最 差。（4）觀察窗的工效學設計，能夠獲得光學質量優(yōu)良的觀察窗（如舷窗與光 學瞄準鏡），使航天員可以用視覺觀察艙外環(huán)境，便于飛行操作任務的完成。第3章 載人航天飛行任務中照明設計中的人因3.1照明在航天任務中的重要性在航天員完成飛行任務的過程中，有許多操作需要其通過視覺觀察后再 進行控制決策。為此，就應該從硬件上提供相應的照明裝置，并通過照明的 工效學設計滿足人的觀察要求。因為良好的照明會創(chuàng)造一個視覺環(huán)境，使航 天員能夠看見目標、在艙內安全地自由移動、同時能有效、精確、安全地完成視覺工作作業(yè)而不引起不適當的視覺疲勞和不舒適，從而保障完成任務的成功率。在工程的實現方面，載人飛行

24、任務中的照明設計包括艙內照明與艙 外照明設計兩部分的內容，其所處的氣候環(huán)境有接近1個常壓的艙內大氣環(huán) 境，也有艙外的真空環(huán)境。因此，硬件的設計應考慮可靠性、冗余性與高質 量的標準，這些要求對飛行過程中照明系統(tǒng)的選用影響很大。此外，盡管在 作業(yè)面上提供足夠照度是必須的，但很多時候可見度還取決于光線是如何分 布的、光源與(工作面)表面的顏色特性和照明系統(tǒng)的眩光水平。因而要針對 艙內外不同的工作場所和作業(yè)類型來確定照度、不舒適眩光限制水平和光源 的最低顯色指數等要求。同時，在地面條件下，也應著力研究建立基于空間 飛行環(huán)境條件下的照明實驗系統(tǒng)，為照明工效學要求提供技術支撐。3.2照明設計指標同地面照明

25、系統(tǒng)的設計參考依據一樣， 載人航天飛行過程中照明設計亦 參考國際照明委員會所發(fā)布的照明標準，同時還考慮許多人體視覺工效學特性參數，比如視知覺能力和作業(yè)特性屬性，它們決定航天員的視覺技能素質， 從而決定了其工作效能水平。另外，在某些情況下改進這些影響因素能夠提 高工作效能而不用提高照度。例如提高作業(yè)對比度，用最新視覺放大器把作 業(yè)放大以及提供帶有指向性局部照明功能的特殊照明系統(tǒng)?？傊?，為了保證 有一個良好的空間飛行過程中的工作場所，照明不僅僅只是提供好的作業(yè)可 見度，讓航天員感覺輕松并且舒適地完成相關操作任務至關重要。因此，照 明必須滿足環(huán)境對照明質量和數量的要求，即確保：視覺舒適性，航天員感覺

26、到舒適。視覺功效，航天員在困難條件和長時間工作中，也能夠快速、準確的 完成視覺作業(yè)。視覺安全，能夠看見艙內外作業(yè)目標周圍附近的物體，防止誤操作或發(fā)現異常情況。為滿足這些要求，必須考慮以下有關光環(huán)境的特性參數：(1)亮度分布在作業(yè)場所視野內的亮度分布與航天員眼睛的適應水平密切相關，從而會影響作業(yè)可見度。良好平衡的適應亮度可以增進人的視覺敏銳度(視力)、對比靈敏度以及眼睛功能的效率(例如調視、會聚、瞳孔收縮、眼球運動， 等等)等方面的視覺效能。此外，視野內不同的亮度分布也影響人的視覺舒 適度，因而應當避免可能引起眩光的過高亮度、會由于眼睛不斷的適應性調 節(jié)引起視疲勞的過高的亮度對比、 會造成混沌陰

27、暗和無刺激性的工作環(huán)境的 過低的亮度和亮度對比等現象的發(fā)生。一般來講，光源的亮度分布是由被照 目標表面上的照度和表面反射比決定的。在照明設計中，一個常壓環(huán)境時天 花板的推薦反射比為 0.60.9、墻面0.30.8、工作面0.20.6、地板0.1 0.5。照度作業(yè)面及其周圍區(qū)域的照度和照度分布對航天員如何迅速、安全、舒適 地理解和進行視覺作業(yè)有著主要影響。對于不知道指定區(qū)域的空間而言，可 能出現視覺作業(yè)的區(qū)域都可認為是作業(yè)區(qū)域。在工程設計上，所采用的照度 值指維持照度值，是提供航天員作業(yè)時的視覺安全和視覺功效所必需考慮的 指標，它主要考慮了視覺作業(yè)的要求、安全性、人的心理生理因素(例如視覺舒適度

28、和舒適安寧感)以及經濟性等因素。此外，如果視覺條件與一般假 設條件不同，照度值可以在照度等級上調整至少一個級別。當出現作業(yè)呈現 特別低的對比度、視覺作業(yè)很嚴格、精細操作對任務的安全性極為重要等現 象時，則必須提高照度值。眩光眩光可分為不舒適眩光和失能眩光。眩光如果是由于特定表面的反射而 引起，則通常被稱之為光幕反射和反射眩光。在空間飛行過程中，限制眩光 對于避免錯誤、疲勞和事故非常重要。失能眩光在艙活動的照明中較普遍， 例如，遇上強太陽光，或由射燈或大面積亮光源相對較暗的空間內的目標造 成失能眩光。在飛船艙內的工作場所里，不舒適眩光常由于照明燈具或舷窗 直接造成。在設計上，只要滿足對不舒適眩光

29、的限制要求，失能眩光通常不 是大問題。方向性方向性的照明用作重點照亮擬觀察目標、顯現材質、改善航天員的觀感，同時對視覺作業(yè)的方向性照明也可改善其可見度?？梢杂谩霸煨土Ⅲw感”來 描述這個作用，其中造型指漫射光和直射光的平衡，工程上應用表明它是艙 內照明質量的有效評判標準。如果艙內結構特征、航天員以及其它裝船產品 被照亮并將外形、材質清晰地呈現出來時，飛船艙內空間的整體外貌就可大 大改善。但是，照明既不能太過直射，因為這樣會產生濃重的陰影；也不能 過分漫射，否則將會完全失去造型立體感效果，造成光環(huán)境平淡無奇。此外， 從一個特定方向照明可以顯示視覺作業(yè)內部的細節(jié)，提高其能見度，使作業(yè) 更易執(zhí)行，對艙

30、外活動中有精細操作的任務，定向照明十分重要。節(jié)能考慮照明裝置必須在不浪費能源的條件下符合對特定艙內、外作業(yè)或活動的照明要求，但也不能為了減少能耗而簡單地犧牲照明裝置的視覺方面特性。 因此，要求結合飛行任務，來考慮合適的照明方式、設備、控制系統(tǒng)和利用 可用的天然光。通過謹慎地選擇照明系統(tǒng)、使用自動或人工開關或調光器可 以滿足這些限制。顏色特性燈(光源)的顏色外貌是指燈發(fā)射的光的表觀顏色(燈的色 品)，可以用光源的相關色溫來描述。色溫的選擇基于照度、室內和周圍環(huán)境中物品的顏色、周圍氣候和應用場所。通常在溫暖氣候條件下冷光的色溫 更受歡迎，而寒冷氣候條件下暖光的色溫更受歡迎。為了對光源的顯色特性 提

31、供一個客觀的指標，引入了一般顯色指數Ra，最大的Ra值是100。Ra越小，顏色顯現的質量越低，Ra小于80的燈不得用于人們長時期工作或停留 的艙內空間。 3.3航天器艙內外照明的設計 3.3.1艙內照明飛船艙內照明最合適的光源為熒光燈，不光是因為它光效高(3040Lm/ w)，而且輻射出的溫度也較低，因而對環(huán)控生保系統(tǒng)的熱載荷影響較小。 光源外表面的溫度很容易控制，以滿足航天員的接觸溫度45 C的要求。同時，光源燈泡也能制成白色或多種色溫，這樣能夠增強航天員的顏色敏感性。 艙內航天員的生活與工作區(qū)的普通照明應有中等強度的白光照明，并且如果任務需要，可提供輔助照明裝置。另外，照明燈具在整個工作區(qū)

32、以同一散射 強度覆蓋，飛船艙內照明照度的推薦值見下表所示。艙內照明系統(tǒng)兩大關鍵設計問題是熱控制與汞污染，光源熱量的產生、 傳播與能量的散發(fā)均在艙內空間內進行，而汞污染主要由燈具造成，例如， 如果燈泡破裂，燈泡中的物質就會進入艙內環(huán)境，生成汞蒸氣而造成污染。表3-3飛船艙內照明推薦值任務區(qū)照度任務區(qū)照度任務區(qū)照度通用108起居室215工作臺323通道區(qū)54閱讀538維修269艙門108娛樂323控制器215扶手108廚房215安裝269扶梯108進餐269書寫323儲藏區(qū)108食物準備323制表323個人衛(wèi)生108伊朗維護215維護323整飾269外科手術1076正向面板215淋浴269鍛煉32

33、3負向面板54閱讀323夜間照明21睡覺54 3.3.2艙外照明設計隨著載人航天技術的發(fā)展，在大多數飛行任務中，需要向夜間艙外作業(yè) 任務(如航天員艙外活動、載荷裝卸、跟蹤、飛行器交會與對接等)提供人工照明裝置。與艙內照明設計相比，必須考慮滿足照明環(huán)境的低亮度比、小眩 光的要求。由于艙外的真空環(huán)境，也不存在光的散射特性，因而，被照物體 表面的反射特性對艙外照明效果的影響很大。艙外活動工作站，在艙外活動工作站點的照明設計建議使用泛光照明 (floodlight)方法。對于常規(guī)的照明來說，除泛光照明外，亦可選擇定向光。交會對接操作，航天員完成交會對接或載荷裝卸停靠的監(jiān)視任務時，需要了解清楚有關距離、

34、接近面、目標飛行器的方向以及相對方向等方向的 確切信息。在工程實踐上有好幾類照明裝置可供使用，對于長距離的目標搜 索，可以用閃爍的白光。在遠距離的情況下，一個閃爍的燈柱比一個穩(wěn)定的 光柱要容易被發(fā)現，并且該燈應安放在目標飛行器(裝有載荷)的對接軸的方向上。此外，亦應仔細地考慮照明燈的光錐，進行優(yōu)化設計，以利于航天員 的發(fā)現。飛行經驗表明，跟蹤燈的強度大約為晴朗夜空中星星亮度的3倍。最后的對接或載荷裝卸需要精細的對準、準確地定位、良好的觀察，同時， 只有當目標呈現3維立體狀態(tài)時，航天員所獲得的信息比較全面。因此，人工的泛光燈十分必要。它可安裝在跟蹤飛船上的某個位置，以照亮接觸面或目標載荷。同時，

35、其強度必須合適，使航天員獲得一個較好的視覺敏銳度。表3-4艙外活動的最低照明設計最低照明水平EVA 任務foot-candleLx（fc） TOC o 1-5 h z 為衛(wèi)星修理或輸送貨物，航天員移像工作地點55110520航天員在貨艙或工作站定位衛(wèi)星21520EVA衛(wèi)星服務，用手工工具進行簡單、非危險性修理任32530務EVA衛(wèi)星服務，使用新的且復雜的工具但無危險性54050EVA衛(wèi)星服務，使用復雜的工具且具有危險性81075第4章結論與前景當前，航天人因工程研究的重點包括航天員能力特性、航天器人機界面 及人機交互、人系統(tǒng)整合設計與評估、人員選訓及人因可靠性四個研究方向， 涵蓋包括心理學、生物力學、腦與認知、人工控制、交互技術、人系統(tǒng)建模 仿真等多學科領域。我國自1968年成立宇宙醫(yī)學及工程研究所（航天醫(yī)學 工程研究所）起，不斷推進人因工程在載人航天工程中的應用發(fā)展。經過 22年載人航天飛行實踐，我國航天人因工程研究緊貼工程研制實際，面向 任務需求開展了人的能力特性規(guī)律、人機交互控制、工效學評價技術和方法 學研究，取得了大量的成果，首次在