国际在演化中发明了一个能够部分了解它的物种：人类。
从混沌初开到航天年代，作为仅有已知的智能生命，人运用各种东西知道国际改造国际，完结了物种的接连与文明的进化。
但是，在人工智能技能快速打开的今日，为什么还要派人上天？人和机器在太空使命中怎么协同作业？作为有人参加的航天活动，载人航天怎样注入与前进“人”之价值？
载人航天是多个体系组成的杂乱工程，也是由人、机和空间环境建构的体系工程。在体现国家毅力、振作民族精神、推动科技前进和接连未来文明的维度之外，本文从空间站工程师的视角谈谈人在太空的效果，以及载人航天为满意人在太空需求而进行的体系规划。
人之宝贵，万物难以代替；以人为本，航天始于初心。
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不行代替的人：智能物种的地外使命
“假舆马者，非利足也，而致千里；假舟楫者，非能水也，而绝江河。”早在两千多年前，咱们的祖先就总结了骡马、舟船等东西对人类才干的极大延伸。
工业革命以来，人类能够运用的东西进一步打开为主动化设备、机器人、人工智能等（本文以广义的“机器”一词归纳）。机器的运用并未代替人力，而是催生了专业分工、工业链条、第三方服务许多范畴的更多岗位。
站在太空年代的初步，航天先驱者冯·布劳恩以为，空间站里人的一项首要使命是替换相机胶片。今日，不管对地对天观测都现已不运用胶片了，但人在太空不只没有赋闲，反而有了更多、更杂乱、更有含义的作业，甚至连航天员作业都细分出了科学家、工程师等更多岗位。
机器能代替人吗？这个新鲜而陈旧的论题其实早已有了答案。几百年来，从地球到天外，技能不断前进，但人能做的作业逾越了同年代的机器才干，或许是在当年代机器才干的根底上又有了更高的需求，能够在机器弥补或代替部分人力劳作的一同腾出手和脑去做更“高档”的事。“高档”是相对年代而言的，而人所具有绝无仅有的逾越机器的才干是与年代无关的，因而载人航天也永久是以“人”为规划起点的。
▲1984 年的航天飞机STS 41-D使命中，航天员 Michael L. Coats 从卡住的 IMAX 摄像机中取出胶卷。（图源：Space.com/NASA）
1、人在现场大不同
空间遥操作已是人类打开航天活动的一种底子办法，但人在现场的参加能够取得更高效、更直接的操作效果和愈加归纳、丰厚的效果。这些典型的作业现场包含科学研讨与技能实验、空间站的运转操作、空间站及其他在轨设备的拼装制作等。它们的一同特色在于，有专业常识和技能的人能够依据现场的多样化信息进行归纳判别，实时做出针对性的决议计划，并施行物理层面的操作。
（1）科学研讨与技能实验
这类作业是探究性的，依照“测验-点评-批改-再测验”的进程迭代进行。人在现场能够榜首时刻取得全面的实验信息，对其时状况做出判别并由此构成下一步的作业计划，调整并确认实验状况与参数。比较地上的专家部队只能依托有限的遥测数据打开作业，载荷专家航天员在现场能够运用丰厚的状况信息做出归纳判别和高效决议计划。
现场专家还能够直顶替换实验样品、调整试件或实验设备状况。这些操作有必要“看得见摸得着”才干进行——至少，依据现在的技能才干，地上人员要想经过长途操控抵达相同的效果，束缚和难度要大得多。
空间站内，高功用核算机的装备和在轨3D打印、原位资料加工等技能的打开，将进一步加强现场人员介入实验的才干。依托六合链路，载人航天活动能够构成载荷专家在轨实验与地上专业中心技能确保相结合的作业方式，充分发挥六合所长。
▲2021年11月21日我国载人航天官方网站视频截图，神舟十三乘组进行在轨科学实（试）验。（新华社发）
（2）空间站的运转操作
空间站是一个巨大的机、电、热归纳设备，内含许多的组织和机电类产品，人进行直接操作不只功率高，并且易于对操作效果进行断定。比方，关于阀门、动作组织等产品的开关或运动状况，地上一般以“开/关指令是否宣布”或组织某一部位“是否触发压点开关”作为依据；受传感器原理及完结办法的限制，设备的运动部件“物理动作是否到位”在许多时分是难以直接判别的，人操作则能够直接由手柄方位、阀门视点、组织形位等实时判明操作效果。
人在现场的更大优势在于快速处置才干。一旦发生“动作不到位”，能够敏捷判明是实践物理动作毛病仍是传感器或信息传输等其他环节的问题，并榜首时刻处置。组织类产品的物理动作最适合“眼见为实”，这也是无人航天器越来越多地装备摄像机，让地上人员能够直接从图画判别太阳翼打开、机械臂运动等状况的原因。
（3）空间站及其他在轨设备的拼装制作
咱们常常把空间站的在轨制作比喻为在太空中搭积木、盖房子。它实质上是根底设备不断添加、拼接或调整的进程，触及舱内舱外许多杂乱而精密的机械、电气操作，最适合人在现场大显神通。
国际空间站上一年的两个大动作，便是这类操作的典型。一是美国舱段经过多组屡次航天员出舱进行设备、衔接、打开等作业，完结了两组新太阳电池阵的设备晋级。二是俄罗斯航天员经过出舱和舱内操作衔接电缆、网线并设备舱外设备，使新近发射的“科学号”（Nauka）多功用舱真实成为国际空间站的组成部分。
首个模块1998年发射升空以来，国际空间站主结构桁架的设备和许多舱段的扩展，都是航天员在机械臂辅佐下完结的。到2022年4月28日，国际空间站已打开250次航天员出舱活动，对空间站进行拼装、保护和晋级。
▲2022年4月28日，俄罗斯航天员施行国际空间站第250次出舱活动，设置协助启用新的欧洲机械臂。（图源：NASA）
2、人是机器的备份或弥补
载人航天活动中，人控操作常常用作主动操作的备份或弥补手法。咱们能够了解为，人的操作与主动操作是两套独立且原理不同的异构操控器，二者合作能够极大地前进体系牢靠性。
比较典型的独立备份规划是交会对接。在交会的大部分进程中，体系需求进行测定轨和轨迹核算，人是无法担任的。交会末段，主动飞翔器要进行方位和姿势的六自由度操控，人的视觉和运动才干就可在此要害时段发挥效果了。在这一阶段，主动体系用雷达或光学丈量设备进行方位和速度丈量，用光学灵敏器结合三维靶标测定相对姿势，用操控核算机解算操控参数并向推动体系宣布操控指令；航天员则以直接目视或摄像机调查靶标图画，靠人的立体视觉断定姿势，依据自己的空间运动感和位姿判别进行手柄操作，操控飞船的飞翔动作。这样的规划，能够确保在主动体系毛病时当即以人控接纳，确保安全并持续使命。
人控作为弥补的规划则常见于机械臂操作。机械臂辅佐舱外活动的进程中，大规模的搬运一般是由核算机进行途径规划并履行的，这样能够有用躲避妨碍并优化组织运动。当抵达作业点需求微调时，现场航天员更了解自己的需求，经过直接调查能够比依托摄像机图画取得更全面的三维空间信息，因而这一阶段多采纳“听作业航天员指挥”的办法进行机械臂的部分位姿调整。为了前进功率，这种指挥和履行一般不再以六合协同方式进行，而是由舱内航天员依照舱外口令进行外表和手柄操作。欧洲机械臂（European Robotic Arm/ERA）的现场操作更“现场”，专门为舱外航天员装备了一个操作盒。经过操作盒上的手柄和按钮，航天员能够在舱外作业现场像开挖掘机那样操作机械臂。
▲我国初次手控交会对接成功
3、应对意外是人特有的优势
需求航天员履行的在轨设备保护首要是硬件设备替换或修补，即那些无法经过数据注入、软件晋级等“软”办法完结且机器履行难度很大的项目。国际空间站二十余年的飞翔中，航天员更新过寿数到期的机械泵组，拆换过发生毛病的操控力矩陀螺，将氢镍电池晋级为锂电池，人的操作涵盖了各类设备的修补保护作业。
航天员发挥更大效果的作业在于处置规划状况之外、需求现场依据具体状况判别的问题，典型比方包含哈勃望远镜的5次在轨修补和保护晋级，以及国际空间站上阿尔法磁质谱仪（ Alpha Magnetic Spectrometer/AMS）热控体系的修补。为处理哈勃望远镜透镜设备差错问题，航天员上天设备为哈勃量身定制的批改镜；要在受限体积内腾出设备方位，还不得不拆除了一件相对不重要的设备（高速光度计）。在第二个事例中，工程研发了20余种专用东西，经过地上实验后上天操作，并依据航天员每次出舱的实践操作状况拟定后续使命计划，终究完结了AMS制冷体系管路的修补。
应急抢险是航天员处理的最严格毛病，全球载人航天史上并不稀有。国际空间站密封舱走漏，航天员经过关舱门阻隔舱段、对疑似走漏区域掩盖塑料膜等办法定位走漏点；和平号空间站发生火灾，航天员以灭火器等手法熄灭火焰，之后又康复空气成分并修正部分设备；失控的礼炮7号空间站，则由联盟T-13航天员手控对接后修正。正是有了航天员的在轨修补保护，规划寿数5年的和平号空间站持续作业了15年，国际空间站运转二十多年后在技能上仍可延寿。
“见机行事”式的现场处置与应急抢险，都归于“意料之外”。这样的非正常状况一旦呈现，由于输入数据与练习数据相差太大，机器很难以最优功用应对。而人依托自己的常识、经历和逻辑做出判别，往往能才智地处理问题、化解危机。
▲1997年2月，美国宇航员在航天飞机 STS-82使命中出舱修补哈勃望远镜（图源：NASA/ESA）
4、研讨人自身也是航天重要使命
人是载人航天的活动主体，也是研讨客体之一。从神舟五号的一天到空间站使命的6个月驻留，我国航天员接连在轨飞翔时刻越来越长；对身处空间环境的人进行研讨既是确保其时飞翔使命健康安全的根底，也是未来载人登月、星际飞翔的序幕。
经过对分别在太空和地球逗留一年的同卵双胞胎航天员生理、心思方针的比照研讨，美国宇航局科学团队部分提醒了太空飞翔对人类染色体端粒、认知才干、基因表达等方面的影响。我国相同结合每次载人飞翔使命对航天医学问题的发生机理进行了深入研讨，打开出了高效能的归纳干涉防护办法。航天医学实验和空间科学研讨与运用、航天技能实验一同，构成了我国空间站的三大运用范畴。
▲神舟十二号航天员聂海胜在轨测验心肺功用（图源：CCTV）
虽然脑科学研讨已取得重大进展，咱们关于人脑作业机制的了解依然是十分有限的。杂乱的信息加工才干和归纳判别才干，几乎就像国际给予人类这一物种的特别奉送。
让机器履行运算量大、逻辑相对确认的作业而让人投身高档的、发明性的、甚至不行预见的活动，不只成为地球上科技与出产范畴的一起，也是国际各国打开载人航天、要让人从近地走向深空的体系规划之本。
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满有把握的体系：人在太空的最佳渠道
已然太空中人的效果不行代替，载人航天的底子责任便是要为人在太空打造作业日子的渠道。这一渠道虽然最直接体现为载人航天器，它的维度实践上远远逾越了航天器自身，是经过工程各要素的人因规划与技能计划的优化组合，让整个体系抵达为“人”服务的最好状况。
作为航天工程师的咱们，需求经过航天器及其运转体系的规划确保人的安全，在底子的生计环境之上建立人能够处于舒适状况的日子条件，终究才干规划和制作高效的作业场所与确保条件。这全部既是对载人航天使命需求的呼应，也体现了我国空间站规划的后发优势。
1、安全榜首的体系规划
确保人在太空的安满是载人航天榜首要务。载人航天作为多体系、多专业参加的体系工程，环绕确保人安全的要求，在整个大体系的装备和运转上规划了多重安全办法。
（1）多舱段空间站的安全逻辑
多舱段空间站的一大优势在于，各个舱段相对独立，能够分布式地承当安全确保功用，并且在部分呈现问题时能够经过物理阻隔确保大局安全。
比方，国际空间站舱段的功用分配上，安全性相关的功用是互相备份冗余的。虽然技能难度大且两国技能道路不一起，俄美舱段依然确保各装备了一套再生式生命确保体系。
我国空间站以天和中心舱作为渠道操控办理中心，对整站进行一起操控。问天实验舱备份了完好的动力办理、信息体系、操控体系和载人环境等要害功用，能够在中心舱毛病时全体接纳全站操控。针对中心舱失火、失压等重大毛病状况，它还特别装备了一套完好的再生式生命确保体系和应急物资，以备航天员长时刻在此等候地上毛病处置和救援。梦天实验舱则具有要害功用的设备级备份，进一步前进体系安全性。针对航天员出舱活动安全性，问天实验舱装备主份气闸舱，天和中心舱节点舱作为备份气闸舱。在出舱进程中假如主份气闸舱呈现问题，航天员能经过节点舱回到舱内，确保出舱活动的安全牢靠。
▲我国空间站在轨拼装进程（图源：我国载人航天工程办公室）
（2）救生船与终极安全计划
一旦航天员遇到安全问题，终极处理计划是回到地上。地上环境躲避了全部空间不安全要素，人在地上能够取得的确保与在轨比较也几乎是无限大的。这一“最安全”准则对空间站提出了随时能够让航天员回来地上的要求，由此引出“救生船”概念——载人飞船将航天员送到空间站后并不当即撤离，而是一直停靠在站上，成为站上人员的救生船。
站上有多少人，就要有多少人的救生才干，这和轮船装备救生艇的要求是一起的。在使命安排上，还有一系列具体要求与办法加以确保：
——不能呈现站上有人而无救生船，或是站上人数多于救生船容量的状况，暂时或长时刻都不答应。比方，假如需求进行交会实验，或许飞船以暂时别离、从头对接的办法替换对接口，不管该次操作需求几个人，相应的乘组有必要全员进入飞船，以确保假如使命呈现问题时所有人都在飞船上，是能够安全回来地上的。
——救生船在停靠期间不能彻底断电，而是处于休眠状况，测控等设备坚持开机值勤，随时能接纳指令唤醒全船。
——救生船内储藏必需的回来物资，定时加电巡检，航天员也要定时进入飞船检查，确保飞船状况好，随时可用。
——救生船假如呈现无法回来的毛病，要榜首时刻、尽最大才干发射新的飞船上来顶替。
▲2021年10月16日，神舟十三号飞船成功对接于天和中心舱径向端口。（图源：我国空间技能研讨院）
（3）上天之前它叫地上救援船
榜首时刻顶替毛病救生船的飞船，即地上救援船。空间站长时刻载人运转，要求地上有必要有持续待命的救援飞船，才干真实地全时确保在轨人员的安全。
从神舟十二号使命开端，我国结合接连使命，以翻滚办法进行地上救援值勤。神舟十二号预备发射时，神舟十三号也进发射场并完结测验；神舟十二号发射后，神舟十三号在发射场作为救援船待命，接到救援指令后能够最短时刻发射并履行救援；神舟十三号正式使命开端前，神舟十四号进发射场并完结测验……如此循环，各船翻滚履行救援待命和正常飞翔使命。这种使命方式的长处在于，每艘飞船地上等候时刻不长且近似，避免了专用救援船长时刻存贮带来的一系列问题。
▲2021年9月17日，跟着神舟十二号回来地球，神舟十三号从救援飞船转为正式使命飞船。（新华社记者琚振华 摄）
（4）轨迹规划瞄准安全回来
回来地球最安全，因而空间站的轨迹规划也要为各种状况下赶快回地球发明最佳条件。
——选用回归轨迹。各国的载人空间站都坐落340-450km高度的轨迹，这既是均衡考虑大气层对国际辐射防护效应与轨迹衰减要素的效果，也由于这个高度的轨迹具有2-3天回归的特性。也便是说，空间站经过的地上区域（包含回来落区和地上测控站）以2-3天的周期重复，能够拟定相对固定的回来飞翔程序。这关于确保回来安全性、特别是应对发生时刻不确认的应急回来是十分有利的。
——规划挑选回来落区。正常回来时，飞船应落在地舆、气候、搜救等条件都比较好的区域。我国采纳陆上回来着陆的计划，比较海上溅落计划规划束缚更大，由于契合着陆场条件的落区有限且地舆方位固定，这就要经过轨迹倾角规划使得空间站在回归周期内尽或许多地经过着陆区。如每天经过一次，即每天都可按正常程序回来预订着陆区。为了应对地上气象条件的不确认性，还需求考虑在距主着陆区满意远、气候有差异的当地设置副着陆区。当空间站运转安稳、能够供给满意的安全和物资确保时，则能够经过在轨等候来躲避地上不良气候，下降关于副着陆场的依托。也便是说，以时刻（等气候）换空间（挑选另一个区域着陆）。
——规划挑选应急落区。应急着陆区的设置，是针对飞船在没有空间站支撑独自飞翔时发生毛病、需求赶快着陆确保航天员安全的状况。这儿的“赶快”，是指飞船要在自身动力、氧气等资源耗费完之前安全落地。考虑最恶劣状况，毛病或许在恣意时刻发生，工程须结合轨迹回归特性，在全球规模挑选满意多且适宜的区域作为应急着陆区，确保在“赶快”的时刻内飞船能够有挑选地落在这些区域内，而不会落到规划之外的当地。
▲天宫一号空间实验室飞翔轨迹（图源：Phillyvoice）
（5）载人月球勘探的安全战略
近地轨迹的载人航天飞翔，紧迫状况下飞船约45小时即可回来地上；即便是一定要回到主着陆场，也不超越1天时刻。因而，“回来地上”成为近地飞翔使命中许多应急方式的对策。前文所述的和平号火灾事故，其时即考虑过当即抛弃空间站回来，终究因火势得以操控改为先回来3人，留3人持续在站进行修正作业。
但月球使命就不同了。即便不考虑月面起飞和环月轨迹的变轨等作业，仅仅从环月轨迹回到地球轨迹即需求3天以上，就应急状况而言这个时刻太长了。笔者与俄罗斯同行沟通时，对方十分重视的一点是，假如要进行月面持续作业的载人月球勘探，有必要改动近地轨迹的应急战略，构成新的应急体系。
事实上，各国现在提出的长时刻月球勘探使命计划中，都规划了月球轨迹空间站。月轨站的一个重要人物，便是成为月面人员应急状况下的暂时安全庇护所。相对月面的不知道环境和落月所需的推动剂等价值，在安稳的月球轨迹上能够制作和运转更安全牢靠且确保资源更满意的空间站。从安全性视角看这样的装备计划，实践上是构成了“前沿探究（月面活动）-前方基地（月轨空间站）-大后方（地球）”的安全体系。
2、航天器作为空间生计之所
安全得到确保的前提下，航天器要为人供给底子的生计条件。
（1）大气环境
在轨飞翔期间人大部分时刻坐落密封舱内，会耗费氧气，发生二氧化碳和一些有害气体，一同空间站上的设备和实验设备也会少数开释有害气体。因而，舱内环境需求对大气压力和成分进行动态操控。自和平号空间站起，长时刻飞翔的空间站都携带了再生式的生命确保体系；我国空间站也装备了电解制氧、再生二氧化碳去除、微量有害气体净化、冷凝水处理以及尿处理等体系，完结高物质闭环度的载人环境操控。
（2）微生物操控
有人日子的环境就会有微生物繁殖。假如不加以操控，微生物不只损害人体健康，还会腐蚀设备。因而，微生物防控关于长时刻载人飞翔而言，是触及生计环境安全的重要问题。
空间站的微生物操控也是体系工程。抗菌防霉资料选用，设备出产和舱段总装测验进程中的清洁、查验与环境操控，直到上天后经过空气净化、水净化和外表擦洗等办法净化，只要持续操控微生物，才干确保人健康生计的环境。
（3）空间环境防护
国际射线损害人体健康。大气层防护、飞翔器防护和飞翔时刻操控，为人体防护的三种办法。以防护当量点评，地球是奉献最大的，近地轨迹区域的地球大气和磁场保护可使银河国际射线辐射强度下降70%-90%；飞翔器选用金属结构，并且合理将设备布局在人活动区的周边，是有用的防护手法；现在各国航天员每次飞翔使命一般不超越半年，也是为了操控总的辐射剂量。
下列景象中，以上三种手法不一同满意，就会带来空间环境影响的危险：
——出舱活动。航天员在出舱活动期间失去了航天器金属外壳的保护，出舱时刻累积的辐射剂量得独自核算。别的，各国在规划正常的出舱使命时，一般会让航天员在舱外的6至8小时飞翔中避开南大西洋反常区——该区域磁场强度比周边弱30-50%，范艾伦辐射带在此洼陷至200km，于400km轨迹飞翔的空间站穿过其间时会遭到更强的辐射。
——柔性充气舱。毕格罗宇航公司（Bigelow Aerospace）的可充气活动太空舱（Bigelow Expandable Activity Module, BEAM）已对接在国际空间站上投入实验运用，多家其他公司的商业空间站也选用了柔性舱计划。以多层新型资料构建的柔性舱，在保温、空间碎片防护、结构强度、密封、内部防刮防刺等方面的功用都有了很大提高，但由于资料密度低，对空间辐射的防护效果仍是远低于金属。因而，BEAM现在仅仅一个有正常大气环境的实验舱，人员能够进入但无法长时刻逗留。柔性充气舱的在轨功用，还在持续点评中。
——深空飞翔。载人深空飞翔动辄数月甚至数年，远离地球，以现在的航天器技能水平无法确保载员的辐射剂量安全，三项防护手法都缺乏。在月面等无大气环境长时刻作业也存在相同问题。因而，深空飞翔器的防辐射办法以及运用月面原位资源制作防护场所，是值得深入研讨的。
▲空间站再生生保体系架构（图源：航天医学与医学工程）
3、太空日子能够更好
生计问题处理后，就要为航天员改进日子条件，才干飞得更久、作业得更好。跟着载人航天实践经历的堆集和技能的前进，空间站日子条件也逐步从确保满意的硬件条件打开到统筹身心健康。
国际空间站上的穹顶舱（Cupola）便是一项优异的规划。它是一个凸出舱段外表1.5米的全景阁楼，在机械臂操作、来访飞翔器对接等使命时为飞翔工程师供给调查点，更有含义的效果是让长时刻日子在狭小密闭空间的航天员到此处瞭望地球与星空，调理舒缓心情。穹顶舱应该是规划理念和技能前进两层效果的效果，曩昔很难幻想谁会专门研发一个直径近3米、重达1.8吨、好像没啥实质性工程功用的全景天窗送上天去。
▲国际空间站上的穹顶舱（图源：NASA）
在日子条件方面，我国空间站引进宜居规划理念，为航天员便当日子和心思生理健康供给确保：
——日子区和作业区。两个区域相对独立，对空间尺度、照明、颜色、标识等都做了专门规划。日子区装备卧室、厨房和卫生间，并在布局和设备装备上充分考虑便当性与私密性。作为规划要求，每个卧室内都有舷窗，日子区和作业区都有相应的噪声方针和操控办法。
——训练设备。舱内装备了跑步机、自行车等固定的训练设备，航天员也装备了拉力器等便携式训练器件和阻抗训练设备。科学的在轨训练协助航天员坚持体能和身体机能，对完结在轨使命和回来地上的康复都有好处。
——智能家居办理及文娱。依据无线WiFi网络，工程为航天员规划了作业、日子、文娱APP，经过智能手机、平板电脑操控完结空间站智能家居办理和物资办理。
——六合网络。六合网络确保了双向音视频，航天员不只能够看地上的电视节目，也能够运用网络电话与家人、队友、医师、技能支撑人员通话。这是真实的“天涯若比邻”。
▲神舟十二号航天员在轨训练（图源：我国空间技能研讨院）
4、上天是为了作业
上天，是为了履行使命。在安全宜居的前提下，载人航天要为航天员规划更好的作业场所和便当的作业办法。
（1）人机界面规划
对航天员操作和运用的设备及交互界面，从计划阶段即同步打开工效学规划。随同空间站的研发，相关产品在地上验证是也要进行体系至单机各个层级的工效验证和点评，确保上天后航天员能够安全、高效、快捷地进行操控。
（2）修补性规划
工欲善其事，必先利其器。已然修补保护是航天员在轨作业的重要内容，空间站有必要以满意修补需求为方针打开一系列规划。其首要作业包含：
——修补需求辨认。简略地说，相对简单坏和寿数短的设备，或许是坏了就影响安全和使命的重要设备，就得在规划上确保它们是可修补的。前者比方寿数有限的蓄电池和泵，后者比方生命确保设备。反之，假如某些设备不行修补或修补的价值过大，那么就有必要将其规划、制作得满意牢靠，比方管路体系和干线电缆网。这和装饰房子相似：水龙头和灯泡都是可替换的，但埋在墙里的上下水管和供电线一般是不修不换并且不简单坏的。
——设备可修补。关于单台设备，要确保航天员在失重环境甚至着舱外服的状况下看清并牢靠操作，且能够有用测验修补效果，必要时能够规划专用东西。舱外设备的修补难度更大，为了让航天员能够在带着舱外手套的条件下打开相应操作，操作手柄、电缆插头等等都是专门规划的。在进行设备设备布局时，要考虑航天员有满意的操作空间和照明条件。
——体系对修补性的支撑。在轨修补无法像地上相同整站断电停机，修补期间有必要能够阻隔毛病设备并坚持体系运转。正如换水龙头时要把上游的水阀关掉，换灯泡时要把这个房间的电闸摆开，而其他房间还能正常用水用电。在航天器上的规划包含：可修补设备有代替设备持续作业坚持功用，或许其自身能够短时刻断电而不影响体系运转；供电体系能够部分断电以修补或替换毛病设备，其他坚持供电的设备能坚持体系运转；信息体系则要答应设备在切除和接入时不会发生网络协议抵触等问题。
——东西规划。航天员的手持东西、机械臂甚至机器人，都是需求规划的东西。从我国空间站现已完结的4次出舱使命，能够看到典型的舱外操作东西及其体现。航天员乘组进行高效的人机协同，操控机械臂完结人和设备搬运；舱外航天员运用功用齐备的东西完结修补或设备使命；在空间站的舱外壁上安置了航天员穿戴舱外服时用来固定身体的脚限位器，确保了航天员能够在作业点施打开四肢。
▲地上测验中的我国空间站机械臂（图源：我国空间技能研讨院）
（3）“太空港”规划
整个空间站便是航天员“好使”的作业台和“趁手”的东西，它还能成为来访航天器的太空母港，为其供给服务确保。比方，依据共轨飞翔航天器在轨服务的立异方式，巡天空间望远镜可短期停靠天宫空间站，进行推动剂补给和设备保护晋级。
与当年美国不得不屡次发射航天飞机去修补哈勃望远镜的巨大价值比较，共轨飞翔服务方式快捷、经济，大大拓宽了载人航天器的“一专多能”。这种作业方式也充分发挥了无人和有人飞翔器的专长，避免了不同作业状况或许发生的对立。巡天望远镜平常作业时便是一颗无人卫星，没有人员活动搅扰，能够取得高精度高安稳度的姿势操控，对地理观测极为有利；需求修补保护时则停靠在空间站上，成为载人航天器的一部分，航天员能够进行相关操作。
（4）六合协同确保
航天员不是自己在天上战役。高效的六合协同，是充分发挥六合长项的重要确保。
阿波罗13号的回来是经典事例：飞船已接近月球，服务舱氧气罐发生爆炸，地上操控中心决断决议撤销登月使命；航天员在地上工程师团队支撑下施行了应急供电、空气净化器改造和回来制动，终究成功回来地球。前文说到的BEAM充气舱则供给了今世的六合协同典范：BEAM在初次打开进程中从前因充气舱软质织物间的摩擦力超越预期而导致打开间断，六合3个团队——在轨的航天员乘组、飞控中心的美国宇航局团队及毕格罗研发团队——协同完结了毛病定位和处置。地上工程师们今夜调查舱体状况改变，结合航天员现场检查状况，几方谈判进行问题定位，并实时辅导航天员操作，构成了“航天员操作—充气舱改变—六合协同调查判别—评论构成下一步操作定见”的大闭环。第2次打开的7 个多小时里，航天员手动开充气阀25 次，成功充溢并打开BEAM。
我国空间站中心舱在轨飞翔已逾一年。从已完结的出舱和舱内使命看，六合大体系确保下的在轨操作方式已成形。未来的空间站制作、扩展、晋级以及在轨服务的运用中，地上专业团队支撑下的航天员在轨作业才干将愈加强壮，将更充分地发挥人在太空的效果。
▲2021年11月7日在北京航天飞翔操控中心拍照的神舟十三号航天员翟志刚出舱画面（新华社记者郭中正 摄）
千百年来，技能改动了人类的首要劳作方式，也进一步凸显了人的智力优势。技能的更新与人的前进，是在动态的相互弥补、互相适配中前行的。人以其才智不断发明更先进的技能，人有必要自我提高才干习惯技能迭代的速度；技能延伸了人的才干，拓宽了人的生计空间，为完结人的全面打开供给了更好的条件。
这正是人在太空的含义。
我国空间站年代正在缓缓敞开。人成果了空间站，空间站也将成果和提高人的价值与庄严；人是载人航天的一部分，又与载人航天一同构成更大的体系，一同探究边沿、诘问国际。（完）
监制：李晓云
修改：王鑫蓉
校正：崔祎璁