隨著 Artemis II 的太空人準備執行任務中最具戲劇性且潛在危險的部分——重返地球大氣層——全世界的目光將聚焦在 Orion 太空艙及其內的乘員身上。透過任務期間對太空艙的零星觀察,公眾得以一窺太空人的生活細節,從他們接收來自地球訊息的螢幕,到他們使用的廁所,以及廁所損壞時的維修方式。
Orion 太空艙中的每一項科技,不僅被設計來承受發射與著陸時的巨大G力,更旨在優化人機互動。而這些人因因素——與科技互動時那種直覺、能增進日常生活的個人化、有時難以言喻的感受——如今已成為太空載具設計的最前沿。
「許多設計實際上是資訊的組織。」
人因因素的首要原則始終是安全。這意味著乘員的安全,其次是太空艙本身的安全性。太空艙會經過嚴格測試,以確保其能承受重返大氣層時的巨大力量,而看似平凡的物體也同樣受到考驗,它們變得至關重要。
當你準備以近乎每小時 25,000 英里的速度衝入大氣層時,你最好確保自己坐在一張設計良好的座椅上,例如。
休士頓大學太空建築碩士學程主任 Olga Bannova 表示:「座椅可以拯救生命。」座椅必須能承受巨大的衝擊載荷,同時將盡可能少的力傳遞給坐在其中的太空人,良好的座椅設計被認為是防止著陸時受傷,尤其是在緊急情況下,最有效的方法。座椅需要舒適,即使在重返大氣層時,巨大的G力將太空人壓入座椅,但它們也需要為脆弱的人體骨架提供支撐,同時允許自然運動。
根據 NASA 的說法,Orion 的座椅「設計上能容納近 99% 的人口」,並且可調節以適應個體差異,並允許在穿著壓力服時也能夠移動以觸及重要的控制裝置。如果需要,它們也可以拆卸並收起來,為乘員在狹小的太空艙空間中提供更多工作空間。
這些作用在座椅上的相同G力,有時會讓太空人難以抬起手觸摸控制螢幕,因此 Artemis II 的太空人將使用旋轉手控器(看起來有點像遊戲搖桿)或游標控制裝置(具有類似遊戲手把的輸入方式)等控制裝置,以便在肢體難以或無法大幅度移動時,也能與太空艙互動。
人因因素不僅僅是涵蓋安全基本要求。設計師越來越考慮到太空任務的心理因素,如舒適度和隱私,例如讓太空人選擇自己的睡眠方式。例如,Artemis II 指揮官 Reid Wiseman 本週表示,他喜歡睡在 Orion 顯示器下方,以便在出現任何問題時能及時應對,而他的同事 Christina Koch 則喜歡「像蝙蝠一樣懸掛著睡覺」,而飛行員 Victor Glover 則喜歡把自己塞進天花板附近的一個小壁龕裡。
正如任何曾經有過室友的人都知道,與另一個人近距離生活在噪音、氣味和動作中可能會很困難。這就是為什麼設計師在創造內裝時會考慮聲學和氣味控制,同時在可能的情況下為太空人提供小型的私人空間。這意味著飛行硬體需要通過聲學測試,以確保其不會過於嘈雜和分散注意力,並為 Orion 的馬桶創建一個氣味控制系統——儘管這個特定的硬體確實遇到了一些初期問題。
這種對使用者體驗的關注,不僅僅是裝飾,而是從太空人身上獲得最佳表現的關鍵部分。Bannova 說,這種方法是「將舒適度視為生產力工作和實現任務目標的要求。」她指出,太空人技術精湛且極具韌性,「但我們不需要把他們逼到極限!」
在設計太空棲息地和曾在國際太空站上進行過技術實驗的 SAGA 公司首席建築師 Sebastian Aristotelis 表示:「人因因素現在是一項設計要求,而不僅僅是錦上添花。」
對他而言,一個設計良好且經過深思熟慮的環境不僅是次要考量,也是一種心理上的提振:「我認為這實際上是安全指標的重要組成部分。如果我身處一個設計精良的太空艙,我會感到更安全,因為這表明投入了足夠的資源,你沒有跳過任何讓這個太空艙成為現實的功能或要求。」
什麼是好的設計,這在某種程度上是主觀的。例如,它包括你是否喜歡外露緊固件的外觀,或者你是否更喜歡更光滑、更簡約的表面。這些設計差異在比較 NASA Orion 太空艙與 SpaceX Crew Dragon 的內裝時顯而易見。這兩艘太空載具的功能略有不同,因此無法完全比較,但你可以在 Orion 中清楚地看到更務實的工程方法,而 Dragon 則具有更垂直整合、品牌化的外觀。
簡化設計有其優勢。你不希望有懸掛的電線,它們可能會妨礙行動,尤其是在緊急情況下。如果一個環境在視覺上很雜亂,就更容易放錯重要的工具。但你也希望設備易於取用且易於維護,其功能一目了然。Aristotelis 說,無論你是追求更實用還是更時尚的外觀,太空艙中的一切「都需要簡單、務實、乾淨,並且易於拆卸和重新組裝。」
實現這種直覺的設計需要與太空人本身密切合作。
Bannova 同意,並將地球上的設計原則與太空中的設計原則聯繫起來:「建築是為人而存在的。我們為客戶設計。如果它沒有為人們的生活、工作、交流、社交、做任何他們需要做的事情來滿足他們的文化需求而設計,那麼它就不是好的建築。」
Orion 和 Dragon 太空艙之間的另一個顯著區別是資訊顯示和互動的方法。Dragon 以三個大型觸控螢幕作為其主要的顯示系統,而 Orion 則有更多的按鈕、開關和輸入裝置。
這部分是由於載具功能的不同,因為 Dragon 專門用於低地球軌道任務,例如將太空人運送到國際太空站,而 Orion 還必須應對深空探索的挑戰。這意味著 Orion 需要更多的貨物空間來容納長途任務的額外補給品,並且在需要時能夠搭載超過四名太空人。但太空艙不同的視覺外觀也代表了對向機組人員顯示哪些資訊這個問題的不同方法。
乍看之下,讓機組人員能夠存取盡可能多的太空艙資訊,讓他們能夠隨時提取所需的數據,似乎是明智的。但過多的資訊可能會讓人不知所措,並使確定在特定情況下什麼才是真正重要的變得更加困難。
設計師也在此提供協助,透過創建在正確時間提供正確資訊的介面。Aristotelis 說:「這其中有一個安全元素,因為很多設計實際上是資訊的組織。」「無論你設計的是手機、空間還是產品,它都是在正確的時間提供正確的資訊,而不是用你不需要的資訊讓你不知所措。」
隨著人工智慧和機載軟體在太空任務中扮演越來越重要的角色,這一點尤其如此。像 Orion 的高度和速度等控制太空艙的功能越來越多地由軟體承擔,使太空人主要扮演監督角色。
Artemis II 飛行員 Victor Glover 在一段關於 Orion 的影片中表示:「軟體是太空艙的主要飛行員。」他將駕駛太空艙的體驗與他駕駛飛機的背景進行了比較。「在飛機上,軟體真的在幫助飛行員,我認為現在幾乎就像我們在幫助軟體一樣。」
儘管如此,仍然有一個明確的原則:軟體可能承擔了更多任務,但人類應該始終能夠在需要時接管。太空人被選拔的原因之一是他們在嚴苛情況下能夠冷靜且有創意地思考。他們必須能夠做出軟體無法做出的瞬間決策。
Bannova 說,軟體可以是一個助手,「但機組人員應該能夠覆蓋。」「他們必須有一種做出可能非傳統但仍然是正確決定的方式——例如在緊急情況下。」
Aristotelis 說:「我從太空人那裡學到的一件事是,他們希望能夠控制自己的環境。」他特別指出溫度和氣候控制是太空人喜歡擁有個人控制權的東西。
當然,並非太空艙中的每個系統都可以由使用者進行調整。一些基本系統需要以固定的方式運行:Bannova 說:「建築是主觀的,但某些部分必須以最高效、最佳化、易於維修和維護的方式進行設計。而這些系統——生命維持系統、大氣生成系統、水循環——必須設計得盡可能完美。」
然而,你可以將這些基本系統與更個人化的空間(如乘員艙)進行對比,在這些空間裡,太空人可以自己決定照明、溫度和裝飾。Bannova 說,對於從事太空環境工作的工程師和建築師來說,這意味著要與心理學家和社會學家合作:「這將使他們將該太空艙或太空棲息地視為家。」
這種選擇的自由甚至適用於太空人將執行的任務。在 Orion 這樣的任務中,有一個相當固定的時間表,說明什麼時候需要完成哪些工作。但在像國際太空站這樣的長途任務中,機組人員在排程上有一定的自由度。可能有一份需要完成的任務清單,但機組人員可以選擇他們想如何進行這些任務——而這種自主感對於更廣泛的人類福祉至關重要。
太空艙的整體設計,包括從使用者介面到外部的一切,都有助於太空人帶入工作中的安全感、社群感、自豪感和使命感。Bannova 說:「這不僅僅是為了公關和漂亮的圖片。」「這也是為了居住和使用它的人,並在其中找到美。」