Treinamento de astronauta - Astronaut training

Um assunto de teste sendo adequado para estudos no Simulador de Caminhada de Gravidade Reduzida. Essa posição significava que as pernas de uma pessoa experimentavam apenas um sexto de seu peso, o que equivalia a estar na superfície lunar. O objetivo deste simulador era estudar o assunto durante a caminhada, salto ou corrida. (1963)

O treinamento de astronautas descreve o complexo processo de preparação de astronautas em regiões ao redor do mundo para suas missões espaciais antes, durante e depois do vôo, que inclui exames médicos, treinamento físico, treinamento de atividade extra-veicular (EVA), treinamento de procedimentos, processo de reabilitação, como bem como treinamento em experimentos que realizarão durante sua estada no espaço.

Instalações de treinamento físico e virtual foram integradas para familiarizar os astronautas com as condições que encontrarão durante todas as fases do vôo e preparar os astronautas para um ambiente de microgravidade. Considerações especiais devem ser feitas durante o treinamento para garantir uma missão segura e bem-sucedida, razão pela qual os astronautas da Apollo receberam treinamento para trabalho de campo geológico na superfície lunar e por que pesquisas estão sendo conduzidas sobre as melhores práticas para futuras missões estendidas, como a viagem para Marte.

Objetivo do treinamento

Fluxo de treinamento

A seleção e o treinamento de astronautas são processos integrados para garantir que os tripulantes sejam qualificados para missões espaciais. O treinamento é categorizado em cinco objetivos para treinar os astronautas nos aspectos gerais e específicos: treinamento básico, treinamento avançado, treinamento específico para a missão, treinamento a bordo e treinamento de manutenção de proficiência. Os estagiários devem aprender medicina, linguagem, robótica e pilotagem, engenharia de sistemas espaciais, organização de sistemas espaciais e as siglas em engenharia aeroespacial durante o treinamento básico. Enquanto 60% a 80% dos astronautas experimentarão enjôo espacial, incluindo palidez, suor frio, vômitos e anorexia, espera-se que os candidatos a astronautas superem o enjôo. Durante o treinamento avançado e o treinamento específico da missão, os astronautas aprenderão sobre a operação de sistemas específicos e as habilidades necessárias associadas às suas posições atribuídas em uma missão espacial. O treinamento específico da missão normalmente requer 18 meses para ser concluído para as tripulações do Ônibus Espacial e da Estação Espacial Internacional . É importante garantir o bem-estar, a saúde física e mental dos astronautas antes, durante e após o período da missão. A manutenção de proficiência visa ajudar os membros da tripulação a manter um nível mínimo de desempenho, incluindo tópicos como atividade extraveicular, robótica, linguagem, mergulho e treinamento de voo.

Lançamento e pouso

Os efeitos do lançamento e da aterrissagem têm vários efeitos sobre os astronautas, sendo os efeitos mais significativos que ocorrem , enjôo espacial , intolerância ortostática e eventos cardiovasculares .

O enjôo espacial é um evento que pode ocorrer poucos minutos depois de estar em ambientes de gravidade variável (ou seja, de 1g na Terra antes do lançamento para mais de 1g durante o lançamento e, em seguida, de microgravidade no espaço para hipergravidade durante a reentrada e novamente para 1g após aterrissagem). Os sintomas variam de sonolência e dores de cabeça a náuseas e vômitos. Existem três categorias gerais de enjôo do movimento espacial:

  • Leve: um a vários sintomas transitórios, sem impacto operacional
  • Moderado: Vários sintomas de natureza persistente, impacto operacional mínimo
  • Grave: Vários sintomas de natureza persistente, impacto significativo no desempenho

Cerca de três quartos dos astronautas experimentam enjôo espacial, com efeitos raramente excedendo dois dias. Existe o risco de enjoo pós-voo, no entanto, isso só é significativo após missões espaciais de longa duração.

Pós-voo, após a exposição à microgravidade, o sistema vestibular , localizado na orelha interna, é interrompido devido à falta de responsividade induzida pela microgravidade dos otólitos, que são pequenas concreções calcárias que detectam as posturas corporais e são responsáveis ​​por garantir o equilíbrio adequado. Na maioria dos casos, isso leva a algumas ilusões posturais pós-voo.

Os eventos cardiovasculares representam fatores importantes durante as três fases de uma missão espacial. Eles podem ser divididos em:

  • Doenças cardiovasculares preexistentes: normalmente são selecionadas durante a seleção do astronauta, mas se estiverem presentes em um astronauta, podem piorar durante o vôo espacial.
  • Eventos e alterações cardiovasculares que ocorrem durante o vôo espacial: ocorrem devido à mudança e redistribuição dos fluidos corporais, distúrbios do ritmo cardíaco e diminuição da capacidade máxima de exercício no ambiente de microgravidade. Esses efeitos podem levar a tripulação a ficar gravemente incapacitada ao retornar a um ambiente gravitacional e, portanto, incapaz de sair de uma espaçonave sem assistência.
  • Intolerância ortostática levando à síncope durante o teste de suporte pós-vôo.

Operações em órbita

Os astronautas são treinados na preparação para as condições de lançamento e também para o ambiente hostil do espaço. Este treinamento visa preparar a tripulação para eventos que se enquadram em duas grandes categorias: eventos relacionados à operação da espaçonave (eventos internos) e eventos relacionados ao ambiente espacial (eventos externos)

Uma visão interna da maquete de treinamento do módulo Columbus da ESA, localizada no Centro Europeu de Astronautas em Colônia, Alemanha. Os astronautas devem se familiarizar com todos os componentes da espaçonave durante o treinamento.

Durante o treinamento, os astronautas estão familiarizados com os sistemas de engenharia da nave espacial, incluindo propulsão de naves espaciais , controle térmico naves espaciais , e sistemas de suporte à vida . Além disso, os astronautas recebem treinamento em mecânica orbital , experimentação científica, observação da Terra e astronomia . Este treinamento é particularmente importante para missões em que um astronauta encontrará vários sistemas (por exemplo, na Estação Espacial Internacional (ISS)). O treinamento é realizado a fim de preparar os astronautas para eventos que podem representar um risco à sua saúde, à saúde da tripulação ou à conclusão bem-sucedida da missão. Esses tipos de eventos podem ser: falha de um sistema crítico de suporte à vida, despressurização da cápsula, incêndio e outros eventos com risco de vida. Além da necessidade de treinar para eventos perigosos, os astronautas também precisarão treinar para garantir a conclusão bem-sucedida de sua missão. Isso poderia ser na forma de treinamento para EVA , experimentação científica ou pilotagem de espaçonave .

Eventos externos

Os eventos externos referem-se mais amplamente à capacidade de viver e trabalhar no ambiente extremo do espaço. Isso inclui adaptação à microgravidade (ou ausência de peso ), isolamento, confinamento e radiação . As dificuldades associadas a viver e trabalhar na microgravidade incluem desorientação espacial , enjôo e vertigem . Durante as missões de longa duração, os astronautas geralmente experimentam isolamento e confinamento. Sabe-se que isso limita o desempenho das tripulações de astronautas e, portanto, o treinamento visa preparar os astronautas para tais desafios. Os efeitos de longo prazo da radiação nas tripulações ainda são amplamente desconhecidos. No entanto, teoriza-se que os astronautas em uma viagem a Marte provavelmente receberão mais de 1000 vezes a dosagem de radiação de uma pessoa normal na Terra. Como tal, o treinamento atual e futuro deve incorporar sistemas e processos para proteger os astronautas contra a radiação.

Experimentos ciêntificos

A experimentação científica tem sido historicamente um elemento importante dos voos espaciais humanos e é o foco principal da Estação Espacial Internacional. O treinamento sobre como realizar esses experimentos com sucesso é uma parte importante do treinamento dos astronautas, pois maximiza o retorno científico da missão. Uma vez em órbita, a comunicação entre astronautas e cientistas em terra pode ser limitada e o tempo é estritamente distribuído entre as diferentes atividades da missão. É vital que os astronautas estejam familiarizados com seus experimentos designados para concluí-los em tempo hábil, com o mínimo de intervenção do solo possível.

Para missões à ISS, cada astronauta deve se tornar proficiente em cem ou mais experimentos. Durante o treinamento, os cientistas responsáveis ​​pelos experimentos não têm contato direto com os astronautas que os realizarão. Em vez disso, os cientistas instruem os treinadores que, por sua vez, preparam os astronautas para realizar o experimento. Grande parte desse treinamento é feito no Centro Europeu de Astronautas.

Para experimentos humanos, os cientistas descrevem seus experimentos aos astronautas, que então escolhem se querem participar a bordo da ISS. Para esses experimentos, os astronautas serão testados antes, durante e depois da missão para estabelecer uma linha de base e determinar quando o astronauta retornou à linha de base.

Um pesquisador usando fone de ouvido VR para investigar ideias para controlar rovers em um planeta.

Objetivo do treinamento de realidade virtual

O treinamento de realidade virtual para astronautas pretende dar aos candidatos a astronautas uma experiência de treinamento envolvente. A realidade virtual foi explorada como uma tecnologia para expor artificialmente os astronautas às condições e procedimentos espaciais antes de irem para o espaço. Usando a realidade virtual, os astronautas podem ser treinados e avaliados na realização de um EVA com todos os equipamentos necessários e recursos ambientais simulados. Essa tecnologia moderna também permite que o cenário seja alterado em movimento, como para testar protocolos de emergência. Os sistemas de treinamento em RV podem reduzir os efeitos do enjôo espacial por meio de um processo de habituação. O treinamento de VR pré-voo pode ser uma contramedida para enjôo de movimento espacial e desorientação devido à falta de peso do ambiente de microgravidade. Quando o objetivo é atuar como uma ferramenta de prática, a realidade virtual é comumente explorada em conjunto com a robótica e hardware adicional para aumentar o efeito de imersão ou o engajamento do estagiário.

Treinamento por região

Estados Unidos

Na NASA, após a fase de seleção, os chamados "AsCans" (candidatos a astronautas) precisam passar por até dois anos de período de treinamento / doutrinação para se tornarem astronautas totalmente qualificados. Inicialmente, todos os AsCans devem passar por um treinamento básico para aprender habilidades técnicas e sociais. Existem 16 cursos técnicos diferentes em:

Os astronautas treinam na Instalação de Flutuação Neutra no Centro Espacial Johnson em Houston, Texas
A tripulação do STS-135 pratica encontro e acoplamento com a ISS no Simulador de Engenharia de Sistemas no Centro Espacial Johnson em 28 de junho de 2011 em Houston, Texas.

Os AsCans inicialmente passam pelo Treinamento Básico, onde são treinados nos sistemas Soyuz e ISS, segurança de vôo e operações, bem como sobrevivência em terra ou água. O piloto AsCans receberá treinamento no T-38 Trainer Jet da NASA . Além disso, como a exploração espacial moderna é feita por um consórcio de diferentes países e é uma área muito visível ao público, os astronautas receberam treinamento profissional e cultural, bem como cursos de idiomas (especificamente em russo ).

Após a conclusão do Treinamento Básico, os candidatos passam para o Treinamento Avançado da NASA. AsCans são treinadas em modelos em tamanho real para ter uma ideia do que farão no espaço. Isso foi feito tanto com o uso da aeronave de treinamento Shuttle enquanto ainda estava em operação, quanto por meio de maquetes de simulação. A aeronave de treinamento do ônibus espacial foi usada exclusivamente pelo comandante e piloto de astronautas para práticas de pouso até a aposentadoria do ônibus espacial, enquanto as instalações do sistema de simulação avançado são usados ​​por todos os candidatos para aprender a trabalhar e cumprir com sucesso suas tarefas no ambiente espacial. Simuladores e instalações de treinamento EVA ajudam os candidatos a preparar melhor suas diferentes operações de missão. Em particular, câmaras de vácuo , voos parabólicos e instalações de flutuação neutra (NBF) permitem que os candidatos se aclimatem ao ambiente de microgravidade , particularmente para EVA. A realidade virtual também está se tornando cada vez mais usada como uma ferramenta para imergir AsCans no ambiente espacial.

A fase final é o Treinamento Intensivo. Começa cerca de três meses antes do lançamento, preparando os candidatos para a missão designada. Simulações integradas específicas de vôo são projetadas para fornecer um campo de teste dinâmico para regras de missão e procedimentos de vôo. O treinamento final da tripulação / controlador de vôo de Treinamento Intensivo é realizado em paralelo com o planejamento da missão. Esta fase é onde os candidatos passarão por treinamento operacional específico para a missão, bem como pela experiência com seus experimentos atribuídos. O treinamento do oficial médico da tripulação também está incluído para intervir efetivamente com ações proativas e reativas em caso de problemas médicos.

Instalações de treinamento notáveis

Neil Armstrong em um simulador do Módulo Lunar antes de sua viagem à Lua .

Pode levar até dois anos para um AsCan se tornar formalmente qualificado como astronauta. Normalmente, o processo de treinamento é concluído com várias instalações de treinamento disponíveis na NASA: As instalações de treinamento espacial tentam replicar ou simular a experiência do voo espacial em uma espaçonave o mais próxima e realisticamente possível. Isso inclui réplicas de cockpit em tamanho real montadas em aríetes hidráulicas e controladas por tecnologia de computador de última geração ; elaborados tanques de água para simulação de ausência de peso ; e dispositivos usados ​​por cientistas para estudar a física e o ambiente do espaço sideral.

  • Instalação de simulação de veículos espaciais (SVMF): localizada no Johnson Space Center em Houston, TX. O SVMF consiste em modelos em tamanho real de veículos da ISS, do Orion e de diversos outros programas comerciais. O objetivo do SVMF é fornecer uma experiência simulada única para os astronautas se familiarizarem com suas tarefas em veículos espaciais. Os projetos de treinamento em potencial incluem a preparação de operações de emergência, manutenção intra-veicular em órbita e airlock. A instalação também oferece experiências para astronautas em comunicações em tempo real com a equipe de solo para apoio à missão.
  • KC-135 Stratotanker: o KC-135 é um avião de reabastecimento projetado pela Boeing. Conhecido como “Weightless Wonder” ou “Vomit Comet”, este avião é o mais famoso de seu tipo, que serviu para simular ambientes reduzidos ou de microgravidade para astronautas da NASA desde 1994. A “montanha-russa” manobra que o avião é capaz de fazer para fornecer às pessoas, bem como ao equipamento a bordo, cerca de 20 a 25 segundos de ausência de peso.
  • The Precision Air-Bearing Floor (PABF): localizado no Johnson Space Center em Houston, TX. Por causa do ambiente de microgravidade no espaço, a falta de atrito resultante gera dificuldades para os astronautas moverem e pararem objetos grandes. O PABF é um “piso plano” que usa ar comprimido para suspender hardwares ou maquetes típicas que os astronautas podem encontrar no espaço acima do solo. É usado para simular ambientes de baixo atrito para os astronautas aprenderem a mover objetos grandes.
  • The Neutral Buoyancy Lab: (NBL): localizado no Johnson Space Center em Houston, TX. Por meio de uma combinação de efeitos de ponderação e flutuação, o NBL cria um equilíbrio entre as tendências de afundar e flutuar e, portanto, simular a experiência de ausência de peso. No NBL, vários modelos em tamanho real dos veículos espaciais estão presentes em um grande “tanque de água”. Ao contrário do SVMF, o NBL ajuda os astronautas a treinar em projetos como manutenção, mas fora do veículo espacial.

Europa

O treinamento de astronautas na Europa é realizado pelo European Astronaut Center (EAC), com sede em Colônia , na Alemanha . A formação europeia tem três fases: formação básica, formação avançada e formação específica incremental.

Simulador de cápsula Soyuz localizado no EAC em Colônia, Alemanha. Os astronautas da ESA vão simular operações na cápsula do EAC.

Para todos os astronautas selecionados pela ESA, o treinamento básico começa na sede da EAC. Esta seção do ciclo de treinamento tem quatro blocos de treinamento separados que duram 16 meses. Os astronautas receberão orientação sobre as principais nações que fazem viagens espaciais, suas agências espaciais e todos os principais programas espaciais tripulados e não tripulados. O treinamento nesta fase também examina as leis e políticas aplicáveis ​​do setor espacial. Noções básicas técnicas (incluindo engenharia, astrodinâmica , propulsão, mecânica orbital, etc.) e científicas (incluindo fisiologia humana , biologia , observação da Terra e astronomia) são introduzidas para garantir que todos os novos astronautas tenham o nível básico de conhecimento necessário. O treinamento é feito nas operações e instalações da ISS, incluindo uma introdução a todos os principais sistemas operacionais a bordo da ISS que são necessários para sua funcionalidade como um laboratório de pesquisa espacial tripulado. Esta fase também cobre operações de sistemas em profundidade para todas as espaçonaves que atendem a ISS (por exemplo, Soyuz, Progress , Veículo de Transferência Automática ( ATV ) e o Veículo de Transferência H-II ( HTV )), bem como controle de solo e treinamento de instalação de lançamento . Esta fase de treinamento também se concentra em habilidades como operações robóticas , encontro e acoplamento , cursos de língua russa, comportamento e desempenho humano e, finalmente, um curso de mergulho autônomo em águas abertas da PADI . Este curso de mergulho fornece treinamento EVA básico no NBF da ESA antes de passar para a instalação de treinamento maior da NASA no Centro Espacial Lyndon B. Johnson .

O Treinamento Avançado inclui uma análise muito mais aprofundada da ISS, incluindo aprender como operar e operar todos os sistemas. O treinamento avançado em ciências também é implementado neste momento para garantir que todos os astronautas possam realizar experimentos científicos a bordo da ISS. Esta fase leva cerca de um ano para ser concluída e o treinamento é concluído em toda a rede de parceiros da ISS, não mais apenas no EAC. É somente após a conclusão desta fase que os astronautas são designados para um vôo espacial.

O treinamento específico de incremento começa somente depois que um astronauta foi designado para um vôo. Esta fase dura 18 meses e os prepara para seu papel na missão designada. Durante esta fase, os membros da tripulação, bem como as equipes de apoio, treinarão juntos. As tarefas da tripulação na ISS são ajustadas individualmente, levando em consideração a experiência particular do astronauta e sua formação profissional. Existem três níveis de usuário diferentes para todos os equipamentos de bordo (ou seja, nível de usuário, nível de operador e nível de especialista). Um membro da tripulação pode ser um especialista em sistemas e, ao mesmo tempo, ser apenas um operador ou usuário de outros, por isso o programa de treinamento é personalizado individualmente. O Treinamento Específico de Incremento também inclui treinamento para lidar com situações fora do normal. Os astronautas também aprenderão como realizar os experimentos programados especificamente para suas missões.

Rússia

O terreno do Centro de Treinamento de Cosmonautas de Gagarin

O treinamento para cosmonautas se divide em três fases: Treinamento Geral do Espaço, Treinamento em Grupo e Treinamento da Tripulação. O Treinamento Espacial Geral dura cerca de dois anos e consiste em aulas, treinamento de sobrevivência e um exame final que determina se um cosmonauta será um cosmonauta de teste ou de pesquisa. O próximo ano é dedicado ao treinamento em grupo, onde cosmonautas se especializam em Soyuz ou ISS, bem como em habilidades profissionais. As fases finais, a fase de treinamento da tripulação, dura um ano e meio e é dedicada aos procedimentos detalhados de operação do veículo, treinamento da ISS e o idioma inglês .

O treinamento ocorre principalmente no Centro de Treinamento de Cosmonautas Yuri Gagarin . As instalações do centro têm maquetes em tamanho real de todas as principais espaçonaves soviéticas e russas, incluindo a ISS. Assim como acontece com os astronautas da ISS, os cosmonautas treinam nos Estados Unidos, Alemanha, Japão e Canadá para treinamento específico nos vários módulos da ISS.

Japão

O programa de voos espaciais humanos japoneses historicamente se concentra no treinamento de astronautas para missões do ônibus espacial. Como tal, o treinamento ocorreu anteriormente no Lyndon B. Johnson Space Center da NASA, e seguiu o dos astronautas da NASA e outros participantes internacionais no programa Space Shuttle.

Foguete H-II fora do Centro Espacial Tsukuba, onde ocorre o treinamento dos astronautas JAXA

Desde o desenvolvimento de instalações de treinamento doméstico no Centro Espacial Tsukuba , o treinamento tem ocorrido cada vez mais no Japão. Com a participação do Japão na ISS, o treinamento dos astronautas japoneses segue uma estrutura semelhante à de outros parceiros da ISS. Os astronautas realizam 1,5 anos de Treinamento Básico principalmente em Tsukuba, seguido por 1,5–2 anos de Treinamento Avançado em Tsukuba e locais parceiros da ISS. O treinamento para qualquer astronauta internacional da ISS envolvendo o módulo Kibo também será realizado no Centro Espacial Tsukuba.

O Treinamento Avançado é seguido pelo Treinamento Específico de Incremento, que, junto com qualquer treinamento Kibo, será realizado em Tsukuba. O treinamento em EVA para Kibo ocorre no Weightless Environment Test System (WETS). WETS é uma instalação de flutuação neutra com um mock-up em escala real do módulo Kibo na ISS. O Centro Espacial Tsukuba também inclui instalações médicas para avaliar a adequação dos candidatos, uma câmara de isolamento para simular alguns dos estressores mentais e emocionais de voos espaciais de longa duração e uma câmara hipobárica para treinamento em quebra de casco ou cenários de falha do Sistema de Suporte à Vida resultando em uma redução ou perda de pressão do ar.

China

Embora o detalhamento oficial do processo seletivo para o programa Shenzhou não esteja disponível, o que se sabe é que os candidatos são escolhidos pela Administração Espacial Nacional da China a partir da Força Aérea chinesa e devem ter entre 25 e 30 anos de idade, com um mínimo de 800 horas de vôo e uma educação de nível superior. Os candidatos devem ter entre 160 cm e 172 cm de altura e entre 50 kg e 70 kg de peso.

Para os astronautas da Shenzhou da China, o treinamento começa com um programa de educação de um ano no básico do vôo espacial. Durante este período, os candidatos também são apresentados à fisiologia e psicologia humana. A segunda fase do treinamento, com duração de quase 3 anos, envolve treinamento extensivo na pilotagem do veículo Shenzhou nos modos nominal e de emergência. O terceiro e último estágio do treinamento é o treinamento específico para a missão e dura aproximadamente 10 meses. Durante esta fase do treinamento, os astronautas são treinados no treinador de alta fidelidade Shenzhou, bem como na Instalação de Flutuação Neutra localizada no Centro de Astronautas da China (ACC), em Pequim . Além do tempo passado no Neutral Buoyancy Facility (NBF), o treinamento para EVA ocorre em uma câmara de alto vácuo e baixa temperatura que simula as condições ambientais do espaço. Em todas as etapas do treinamento, os astronautas passam por condicionamento físico, incluindo o tempo em uma centrífuga humana localizada no ACC, e um programa de voos de microgravidade, realizado na Rússia.

Índia

O programa de voo espacial humano indiano ainda aguarda aprovação formal. Uma vez concluída a missão, espera-se que a missão leve dois índios em um veículo orbital do tipo Soyuz para a órbita baixa da Terra . O treinamento para esses astronautas deve ser baseado nas lições aprendidas com o treinamento do único Cosmonauta Wing Commander Rakesh Sharma ( Ver Salyut-7 1984 ) e através da cooperação internacional da Índia com a NASA e Roscosmos. Isso permitiria à Índia obter insights de suas ricas experiências em voos espaciais humanos. Também existe a possibilidade de a Índia prosseguir com seu programa de voo espacial humano individualmente, sendo necessário que a Organização de Pesquisa Espacial Indiana ( ISRO ) desenvolva seu próprio programa de treinamento. Para o treinamento de astronautas, a Índia está decidindo um local que fica a uma distância de 8 a 10 km do aeroporto internacional de Kempegowda. Este terreno é propriedade da ISRO. Nele serão construídos centros de treinamento de astronautas e engenharia biomédica. Embora o primeiro treinamento missionário da Índia ocorra nos EUA ou na Rússia, este lugar pode ser usado para treinamento futuro. Além disso, o centro terá câmaras para regulação da radiação, ciclagem térmica e centrífuga para o treinamento de aceleração.

Treinamento futuro

Treinamento de astronauta suborbital

Agência Espacial Civil Equatoriana (EXA)

Enquanto a primeira geração de astronautas de voos espaciais não governamentais provavelmente realizará trajetórias suborbitais, atualmente empresas como a Virgin Galactic e a Xcor Aerospace estão desenvolvendo programas proprietários de treinamento de astronautas suborbitais. No entanto, o primeiro programa oficial de treinamento de astronautas suborbitais foi um esforço conjunto entre duas agências governamentais. A Força Aérea Equatoriana e o Centro de Treinamento de Cosmonautas Gagarin desenvolveram o programa ASA / T (Treinamento Avançado de Astronauta Suborbital) que durou até 16 meses entre 2005 e 2007 e se concentrou em tarefas de comando e pesquisa durante missões curtas com trajetórias suborbitais de até 180 quilômetros. Este programa teve um cidadão equatoriano formado em 2007, a Agência Espacial Equatoriana fez uma convocação para uma nova classe de candidatos de treinamento ASA / T, de acordo com o EXA, eles se concentrarão no aluguel de veículos comerciais suborbitais para realizar pesquisas espaciais tripuladas

Astronautas comerciais

Centrífuga humana em DLR em Colônia, Alemanha, usada para testes fisiológicos humanos. As altas acelerações experimentadas durante voos suborbitais podem exigir testes ou mesmo treinamento em centrífugas humanas para determinar se os participantes estão aptos para voos espaciais

Olhando para o futuro, o surgimento do turismo espacial comercial exigirá novos padrões para os participantes de voos que atualmente não existem. Esses padrões serão para garantir que os exames médicos sejam feitos de forma adequada, a fim de garantir voos seguros e bem-sucedidos. Esse processo será diferente daquele para os astronautas da agência espacial porque o objetivo não é voar o melhor indivíduo, mas garantir um vôo seguro para os passageiros. As principais considerações para este tipo de viagem serão:

  • Que tipo e extensão de treinamento são suficientes?
  • Quem qualificará os turistas espaciais como aptos para viagens?
  • Como os novos regulamentos estarão em conformidade com os conselhos médicos existentes?
  • Que critérios de seleção precisam ser empregados para reduzir os perigos para os turistas espaciais?

Os regulamentos médicos para voos espaciais comerciais podem mitigar o risco das empresas espaciais comerciais, selecionando apenas aqueles capazes de passar pelos critérios médicos padrão, em vez de permitir que qualquer pessoa que possa comprar uma passagem voe. A primeira geração de voos espaciais comerciais provavelmente serão trajetórias suborbitais que invocam mudanças de aceleração significativas, causando problemas cardiovasculares e pulmonares. Por causa disso, quaisquer critérios médicos futuros para os participantes de voos espaciais comerciais precisam se concentrar especificamente nos efeitos prejudiciais da mudança rápida dos níveis gravitacionais, e quais indivíduos serão capazes de tolerar isso.

Os fundamentos do programa de formação de astronauta-cientista, juntamente com cursos adicionais de Bioastronáutica , Atividade Extraveicular , Operações de Voo Espacial, Engenharia de Teste de Voo e Pesquisa na Atmosfera Superior , foram conduzidos pelos candidatos cientistas-astronautas do Projeto PoSSUM desde 2015. Desde janeiro de 2021, o programa foi atraiu membros de 46 países diferentes e publicou pesquisas sobre dinâmica mesosférica, desempenho humano em trajes espaciais, pesquisa de microgravidade em vários campos e ambientes pós-pouso. Os programas são administrados pelo Instituto Internacional de Ciências Astronáuticas, que também tem parceria com a Embry-Riddle Aeronautical University, Final Frontier Design Spacesuits, Survival Systems USA, National Research Council of Canada, Canadian Space Agency e National Association of Underwater Instructors.

Pesquisas atuais sobre treinamento físico e estratégias para astronautas comerciais conduzidas pela Astrowright Spaceflight Consulting, a primeira empresa comercial a oferecer treinamento físico dedicado para turistas espaciais , sugere que o treinamento físico convencional é inadequado para suportar movimentos seguros na microgravidade , e que o treinamento utiliza pontos reduzidos de a estabilidade deve ser enfatizada.

Missões de longa duração à Lua ou Marte

Astronauta durante treinamento de realidade virtual

Os astronautas para missões de longo prazo - como as para a Lua ou Marte - precisam realizar várias tarefas e deveres, porque nessas missões os astronautas precisarão funcionar de forma bastante autônoma e deverão ser proficientes em muitas áreas diferentes. Para esses tipos de missões, o treinamento para preparar astronautas provavelmente incluirá treinamento como médicos , cientistas , engenheiros, técnicos , pilotos e geólogos . Além disso, haverá um enfoque nos aspectos psicológicos das missões de longa duração, onde a tripulação está amplamente isolada.

Atualmente, uma missão de seis meses para a ISS requer até cinco anos de treinamento de astronautas. Este nível de treinamento é esperado e provavelmente será expandido para futuras missões de exploração espacial. Também pode incluir aspectos de treinamento em vôo. Pode ser possível que a ISS seja usada como uma instalação de treinamento de astronautas de longa duração no futuro.

Uma ferramenta poderosa para o treinamento de astronautas será o uso contínuo de ambientes analógicos, incluindo NASA Extreme Environment Mission Operations ( NOAA NEEMO ), Desert Research and Technology Studies ( Desert RATS ) da NASA , Envihab (planejado), Flight Analog Research Unit , Haughton-Mars Projeto ( HMP ), ou ainda ISS (em vôo). Na verdade, no NEEMO, um total de 15 astronautas de missão (conhecidos como aquanautas ) foram treinados para futuras missões em asteróides. O uso da realidade virtual também continuará a ser usado como meio de treinar astronautas de maneira econômica, principalmente para operações como atividade extra-veicular ( EVA ).

Robonaut2 a bordo da ISS

Essas missões não são completamente independentes sem a presença de robôs. Isso abre um novo caminho para a interação homem-robô, que deve ser totalmente compreendido e praticado para desenvolver uma relação harmoniosa entre astronautas e robôs. Esses robôs ajudariam os astronautas de serem seus assistentes pessoais para a próxima geração de exploradores de ambientes extremos. Atualmente, há um robô na ISS auxiliando os astronautas em suas tarefas gigantescas com um toque humano. O treinamento de interação intercultural e humana com robôs é a necessidade da hora para missões de longa duração.

O treinamento também deve ser desenvolvido para futuros pousos na Lua para uma missão humana em Marte . Fatores como a dinâmica da tripulação, tamanho da tripulação e atividades da tripulação desempenham um papel crucial, já que essas missões durariam de um ano na Lua a três anos em Marte. O treinamento necessário para essas missões deve ser versátil e fácil de aprender, adaptar e improvisar.

Uma viagem a Marte exigirá que os astronautas permaneçam na cápsula da tripulação por nove meses. A monotonia e o isolamento da jornada apresentam novos desafios psicológicos. O longo período passado na cápsula da tripulação é comparável a outras formas de confinamento solitário, como em submarinos ou bases antárticas. Estar em um ambiente isolado e confinado gera estresse, conflito interpessoal e outros problemas comportamentais e mentais. No entanto, o cenário natural e a comunicação com os entes queridos mostraram relaxar e diminuir esses efeitos. Uma Rede de Interações Sociais para Valorização Bilateral da Vida (ANSIBLE), que proporciona um cenário natural e socialização em um ambiente de realidade virtual, está sendo pesquisada como uma solução para saúde comportamental.

Os pesquisadores estão investigando como as ferramentas atuais de saúde mental podem ser ajustadas para ajudar a tripulação a enfrentar os estressores que irão surgir em um ambiente isolado e confinado (ICE) durante missões prolongadas. A Estação Espacial Internacional usa um sistema de gerenciamento de conflito comportamental conhecido como Estação Espacial Virtual (VSS) para minimizar o conflito entre os membros da tripulação e enfrentar os desafios psicológicos. O programa tem módulos que enfocam gerenciamento de relacionamento, estresse e depressão que orientam os astronautas em uma sessão de terapia virtual no espaço.

Treinamento de astronauta em realidade virtual

História

As tecnologias de realidade virtual foram lançadas comercialmente pela primeira vez na década de 1990. Só então as pessoas perceberam que a RV pode ser usada no treinamento de astronautas. As engrenagens VR anteriores para treinamento de astronautas são dedicadas a melhorar a comunicação entre os operadores do braço do robô e o astronauta durante as Atividades Extraveiculares (EVA). Ele reúne os membros da tripulação do EVA e os operadores do braço do robô, ao vivo, mesmo quando estão a bordo de uma espaçonave. Ele também é usado para substituir alguns dos modelos de grandes dimensões que não cabem no Laboratório de flutuabilidade neutra (NBL).

Em 1993, os astronautas foram treinados e avaliados para trabalhar no Telescópio Espacial Hubble por meio de uma ferramenta de treinamento de realidade virtual, Pesquisa em Aspectos de Fatores Humanos de Ambientes Virtuais Aprimorados para Treinamento e Simulação de EVA (RAVEN). No entanto, o objetivo do RAVEN não era treinar astronautas, mas avaliar a eficácia do treinamento usando realidade virtual versus subaquática e outras configurações.

Ao longo dos anos de desenvolvimento tecnológico em RV, o hardware do Laboratório de RV na NASA também melhorou significativamente. Tanto o material quanto a resolução da tela estão sendo renovados:

  • 1991: Tela de cristal líquido (LCD) - 320x420
  • 1992: Tubo de raios catódicos (CRT) - 1280x1024
  • 2005: Diodo emissor de luz micro orgânico (micro-OLED) - 800x600
  • 2012: LCD - 1280x720
  • 2015: OLED - 1920x1080

A realidade virtual também foi adotada para uma gama muito mais ampla de campos da exploração espacial ao longo da história da renovação tecnológica. Os novos aplicativos de RV incluem, mas não estão limitados a:

  • Planejamento de missão
  • Projeto cooperativo e interativo
  • Resolução de problemas de engenharia
  • Modelagem de dados
Os astronautas Tom Marshburn, à esquerda, e Dave Wolf treinam para uma caminhada no espaço na Instalação do Simulador de Realidade Virtual EVA-RMS Integrado no Centro Espacial Johnson

Treinamento de realidade virtual atual

Embora as instalações de treinamento de atividades extraveiculares (EVAs) possam simular as condições do espaço, incluindo pressão e iluminação, o ambiente Micro-g não pode ser totalmente reconstruído no ambiente 1-G da Terra. A realidade virtual é utilizada durante o treinamento EVA para aumentar a imersão do processo de treinamento. O NASA Johnson Space Center tem instalações como o Space Vehicle Mockup Facility (SVMF), Virtual Reality Laboratory (VRL) e Neutral Buoyancy Laboratory (NBL).

O SVMF usa o Simulador de Gravidade Parcial (PGS) e piso de rolamento de ar (PABF) para simular a gravidade zero e os efeitos das leis de movimento de Newton . Sistemas de treinamento semelhantes originaram-se do treinamento Apollo e Gemini. A realidade virtual aprimora os sentidos de um astronauta durante os módulos de treinamento, como operações de desconexão rápida de fluidos, caminhadas espaciais e reparos do sistema de proteção térmica (TPS) do ônibus espacial orbital .

O Laboratório de Realidade Virtual da NASA utiliza a realidade virtual para complementar o Auxílio Simplificado para Resgate EVA (SAFER) como auxílio simplificado. O treinamento VR oferece uma simulação gráfica tridimensional da Estação Espacial Internacional (ISS) com um fone de ouvido, luvas de feedback tátil e rastreador de movimento. Em 2018, dois astronautas da Expedição 55 , Richard R. Arnold e Andrew J. Feustel , receberam treinamento em realidade virtual e realizaram a 210ª caminhada no espaço. O Laboratório de Realidade Virtual oferece aos astronautas uma experiência imersiva de RV para caminhadas espaciais antes de se lançar ao espaço. O processo de treinamento combina um programa de renderização gráfica que replica o ISS e um dispositivo chamado Charlotte Robot, que permite aos astronautas explorar visualmente seus arredores enquanto interagem com um objeto. O robô Charlotte é um dispositivo simples com um braço de metal preso na lateral que permite ao usuário interagir com o dispositivo. O usuário usa luvas de feedback tátil com sensores de força que enviam sinais para um computador central. Em resposta, o computador central manobra o dispositivo usando uma teia de cabos e calcula como ele atuaria no espaço por meio da física. Embora os objetos não tenham peso no espaço, um astronauta deve estar familiarizado com as forças de inércia de um objeto e entender como o objeto responderá a movimentos simples para evitar perdê-lo no espaço. O treinamento pode ser realizado individualmente ou com um parceiro. Isso permite que os astronautas aprendam a interagir com a massa e os momentos de inércia em um ambiente de microgravidade.

O Neutral Buoyancy Laboratory (NBL) tem vantagens em simular um ambiente de gravidade zero e reproduzir a sensação de flutuar no espaço. O método de treinamento é obtido através da construção de um ambiente de baixa gravidade por meio da manutenção da flutuabilidade natural em uma das maiores piscinas do mundo. A piscina NBL usada para praticar atividades extraveiculares ou caminhadas espaciais tem 62 metros (202 pés) de comprimento, 31 metros (102 pés) de largura e 12 metros (40 pés) de profundidade, com capacidade para 6,2 milhões de galões. O fone de ouvido de realidade virtual com head-mounted display (U-HMD) é usado para fornecer informações visuais durante o treinamento com uma taxa de quadros de 60 fps e resolução de tela de 1280 por 1440. O sistema de treinamento de VR subaquático tem um custo de treinamento reduzido devido ao acessibilidade dos aplicativos de RV, e os astronautas precisam de menos tempo para concluir a tarefa prática atribuída.

Apesar dos módulos de treinamento da NASA, o treinamento em voos espaciais comerciais também usa tecnologia de realidade virtual para melhorar seus sistemas de treinamento. A equipe de realidade virtual da Boeing desenvolve um sistema de treinamento para o Boeing Starliner treinar astronautas para o transporte entre a Terra e a ISS. O sistema de treinamento de RV pode simular situações de alta velocidade e cenários de emergência, por exemplo, lançamento, entrada no espaço e pouso em um local inesperado.

Vantagens do treinamento de realidade virtual

A reorientação visual é um fenômeno que ocorre quando a percepção de um objeto muda devido à mudança do campo visual e das dicas. Essa ilusão irá alterar a percepção do astronauta da força de orientação da gravidade e, em seguida, perder a direção espacial. Os astronautas devem desenvolver boa consciência espacial e orientação para superar a reorientação visual. No treinamento tradicional de desorientação, por exemplo, o Yuri Gagarin Cosmonaut Training Center treina o astronauta simulando um ambiente de microgravidade por meio de uma centrífuga. Em contraste, o treinamento de RV requer menos equipamento, treinando os astronautas de forma mais econômica.

O treinamento de realidade virtual utiliza dispositivos de interação realistas combinados, como cockpits em simuladores de vôo que podem reduzir o mal-estar da simulação e aumentar o movimento do usuário. Comparado ao treinamento tradicional, o treinamento de RV tem melhor desempenho para minimizar os efeitos do enjôo espacial e desorientação espacial. Os astronautas que receberam treinamento de RV podem realizar a tarefa 12% mais rápido, com uma redução de 53% nos sintomas de náusea.

Enquanto a RV é usada no treinamento de astronautas em terra, a tecnologia imersiva também contribui para o treinamento em órbita. O visor montado na cabeça (HMD) VR pode ajudar o astronauta a manter o bem-estar físico como parte do treinamento de manutenção de proficiência. Além disso, os sistemas de RV são usados ​​para garantir a saúde mental dos tripulantes. As simulações de cenários sociais podem mitigar o estresse e estabelecer a conectividade sob o ambiente isolado e confinado (ICE).

A realidade virtual aclimata os astronautas a ambientes no espaço, como a Estação Espacial Internacional, antes de deixar a Terra. Embora os astronautas possam se familiarizar com a ISS durante o treinamento no NBL, eles só conseguem ver algumas seções da estação. Embora prepare os astronautas para as tarefas que estão executando no espaço, não necessariamente dá a eles uma compreensão espacial completa do layout da estação. É aí que a Realidade Virtual desempenha um papel importante. O Laboratório de Realidade Virtual usa um sistema conhecido como programa Dynamic Onboard Ubiquitous Graphics (DOUG) para modelar o exterior da ISS, incluindo decalques, linhas de fluido e linhas elétricas, para que a tripulação possa se aclimatar ao novo ambiente. O nível de detalhe vai além do exterior da estação. Quando um usuário entra no espaço, ele vê o preto puro até que sua pupila se dilate e o céu se encha de estrelas em uma ocorrência chamada de 'efeito de floração'.

Desvantagens do treinamento de realidade virtual

Enquanto a realidade virtual prepara os astronautas para as tarefas desconhecidas que enfrentarão no espaço sideral, o treinamento é incapaz de reproduzir o estresse psicológico e emocional que os astronautas enfrentam diariamente. Isso ocorre porque as tarefas virtuais não têm a mesma repercussão que a tarefa real e a tecnologia não produz efeitos psicológicos fortes, como a claustrofobia, que muitas vezes ocorre em ambientes fechados.

Estimular um ambiente de microgravidade virtual pode ser caro devido aos requisitos de equipamentos adicionais. Ao contrário da realidade virtual comercializada, o equipamento que a NASA usa não pode ser produzido em grande escala porque os sistemas requerem tecnologia suplementar. Vários programas de RV funcionam em combinação com o Neutral Buoyancy Lab ou o Charlotte Robot no Virtual Reality Lab, o que requer instalações caras e não elimina o componente de viagem que a RV pode minimizar. O robô Charlotte da NASA é restrito por cabos que simulam o ambiente de microgravidade e o Laboratório de Realidade Virtual possui apenas duas máquinas. Este sistema de treinamento específico requer um sistema de porta-luvas virtual (GVX) que foi incorporado ao treinamento na NASA e o sistema virtual EVA no Centro de Astronautas da China. Usando sensores embutidos no tecido, as luvas podem sentir quando o usuário decide agarrar um objeto ou soltá-lo, mas a tecnologia precisa ser desenvolvida para integrar movimentos precisos do usuário em programas virtuais. Essas luvas são desconfortáveis ​​e capturam apenas movimentos limitados. Sensores de movimento de corpo inteiro também foram incorporados ao treinamento e tendem a ser caros, mas necessários para ter um feedback tátil eficaz em resposta aos movimentos dos astronautas. Embora programas de realidade virtual tenham sido desenvolvidos que não requerem sensores de corpo inteiro, a ausência reduz o grau em que um usuário pode interagir com o mundo virtual.

Futuro

O foco principal da pesquisa futura de tecnologias de realidade virtual na exploração do espaço é desenvolver um método de simulação de um ambiente de microgravidade. Embora tenha sido uma meta desde o início da RV ser usada no treinamento de astronautas, pequenos progressos foram feitos. A configuração atual usa uma corda elástica presa aos pés de uma pessoa, um balanço preso ao corpo e, finalmente, um visor VR montado na cabeça (HMD). No entanto, dos participantes de experimentos que usam essa configuração para simular ambientes de gravidade reduzida, eles apenas experimentam a sensação de se mover no espaço com a ajuda da RV, mas a experiência não se assemelha a um ambiente de gravidade zero real no espaço sideral. Especificamente, a pressão da corda elástica e do balanço por causa do próprio peso dos participantes cria uma sensação irreal e desagradável. A tecnologia atual pode ser suficiente para que o público em geral experimente como é se mover no espaço, mas ainda está longe de ser usada formalmente como uma ferramenta de treinamento de astronautas.

Esses esforços de simular a microgravidade servem a um propósito semelhante de criar um ambiente cada vez mais envolvente para o treinamento de astronautas. Na verdade, essa é uma tendência em desenvolvimento para toda a indústria de RV. A experiência definitiva de realidade virtual que estamos imaginando acabará sendo marcada pela eliminação entre o mundo real e o virtual.  

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos