航天人因工程研究进展.pdf

高端论坛 航天人因工程研究进展 陈善广 ，姜国华，王春慧 （畅 中国载人航天工程办公室，北京 ； 畅 中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室，北京 ） 摘要：航天人因工程是人因工程学在载人航天领域中的应用，秉承“为航天员使用而设计”的 理念，系统研究解决航天员、航天器、航天环境之间的关系问题，确保航天员在轨安全、舒适、高 效工作。 从航天人因工程概念和作用出发，通过系统梳理国际国内航天人因工程研究的发展 现状，重点分析了其研究特点及未来发展趋势。 结合我国载人航天后续发展对航天人因工程 的迫切实际需求，系统梳理了航天人因工程研究技术体系，并从管理与技术研究两个方面，系 统论述了我国航天人因工程的研究应迫切开展的工作及后续发展的思路。 关键词：载人航天；人因工程；人机交互； 人- 系统整合；适人性评价 中图分类号： 文献标识码： 文章编号：- （）- - Advancement in Space Human Factors Engineering ， ， （畅 ， ， ； 畅 ， ， ， ） Abstract： （） - （） ， - - ， ， ， ， - Key words： ； ； ； ； - 收稿日期：- - ； 修回日期：- - 基金项目：国家重大基础研究 计划项目（）；中国载人航天工程预先研究项目 作者简介：陈善广（ ），男，博士，研究员，中国载人航天工程副总设计师，国际宇航科学院院士，研究方向为航天人因工程。 - ： 引言 人因工程学（ ） 是 近些年发展很迅速的一门新兴交叉学科，应用领 域十分广阔。 在不同时期，相近的学科叫法较多， 包括：人的因素（ ）、工效学（- ）、人机工程（- ）、工 程心理学（ ）、认知心理学 （ ）、 人- 机- 环 境 系 统 工 程 （ - - ） 等，研究内容相近，但各有侧重 ， 。 目前，国内 外越来越多的学者倾向于应用“人因工程”这一 学术名称，以凸显人在系统中的主导和关键作用。 载人航天任务涉及航天器、测控通信、发射回 收等多个方面，特别是由于航天员的参与使系统 变得更为复杂，对人的安全性和操作的可靠性要 第 卷 第 期 年 月 载 人 航 天 求更高，是一个巨复杂系统工程。 从美俄早期的 太空飞行来看，不管是联盟号飞船还是阿波罗计 划，事故发生率都很高；后续航天飞机任务也发生 过两次机毁人亡的恶性事故。 即便是最近几年， 航天任务失利，如天鹅座货运飞船爆炸、太空船 号失败等和国际空间站上出舱活动任务取消和推 迟等事故依然不断。 中国在二十多年的载人航天 历程中成就斐然，虽然没发生重大事故，但结果完 美并不等于过程完美，其中也发生过一些险情、出 现过一些差错，如出舱舱门开启不畅、返回舱着陆 未及时切伞等问题。 通过分析、追根溯源，发现绝 图1 载人航天任务中航天员- 航天器（服）- 空间环境相互关系图 Fig畅 1 Relation schema between astronauts， spacecrafts（spacesuits），and space environment in manned spaceflight 大多数事故是由于对人的因素考虑不周造成的。 因此，在载人航天领域，人因工程也是在不断总结 失败教训中提高认识和逐步发展起来的。 俄罗斯 （前苏联）在载人航天初期就专门成立生物医学 问题研究所牵头开展空间飞行极端环境对生物体 的影响及机理研究和航天工效研究，在和平号空 间站期间通过大量在轨实验深化了对长期飞行人 的因素的研究和认识。 美国在初期的水星号飞 船、空间实验室、阿波罗登月等任务中，重点解决 人在太空中能否生存和工作的问题。 美国国家航 空航天局（）于 年在约翰逊中心成立 适居性和人因部门，作为航天人因工程的主要牵 头单位，并建立跨平台的人- 系统整合标准 - - 。 年为国际空间站（）任务制定 了航天人因工程发展计划（）。 年推出 人的研究计划（），全面深入研究未来深空探 测、登火星任务中的人因工程问题，引领国际航天 人因工程领域的发展，也对其载人航天任务成功 和发展起到巨大推动作用。 欧航局制定载人空间 探索战略 研究计划，建立 个专家小 组，围绕综合系统生理学、心理学、人机系统、空间 辐射、居住地管理和医疗保健五个主要领域开展 工作。 我国从 年航天医学工程研究所成立 开始就开展航天工效研究， 年创立人- 机- 环 境系统工程理论， 年我国载人航天工程启动 时设立了航天员系统并下设工效学要求与评价、 航天员选拔训练、飞行模拟等与人因工程密切相 关的分系统。 经过二十多年的实践发展，航天人 因工程在研究内容、方法和工程应用上逐步走向 成熟，形成了包括载人飞船、货运飞船、空间站舱 内、舱外以及舱外航天服等一系列工效学设计要 求与规范，目前正为我国空间站工程制订工效学 要求和评价标准。 航天人因工程在保障载人航天 任务策划的科学合理性，提升人信息加工和决策 可靠性，减少操作失误，优化人机功能分配，人- 系 统整合协同高效工作以及提高系统安全性等方面 发挥了重要作用 - 。 航天人因工程研究体系 载人航天任务中航天员乘组、航天器、以及空 间环境构成一个复杂的人- 机- 环系统，参见图 。 航天员是载人航天任务的主体，其作用能否充分 发挥是任务成败的关键。 空间飞行中人的作业能 力受很多因素影响，失重会导致人骨丢失、肌萎 缩、眼压和颅压改变、前庭功能等生理系统变化， 引起人的操作运动、视觉感知以及空间定向等能 力改变；长期狭小空间和单调的社会关系会对航 载 人 航 天第 卷 天员情绪、动机等产生影响，长期昼夜节律变化会 导致睡眠紊乱、缺失甚至失眠等，由此引发人员脑 力疲劳、情绪下降等，严重影响航天员作业能力发 挥；同时舱载设备增多，信息流更为复杂，航天器 人- 系统整合设计及适居性的优劣也会影响航天 员完成任务的绩效。 这些都是人因工程需要研究 解决的重点问题。 在系统工程手册中明确 把人因工程作为其重要学科考虑，并认为人因工 程就是要在充分考虑人的能力和局限性对系统性 能带来影响的基础上实现对人- 机界面和与人相 关系统的研究、分析、设计和评价 。 综上，航天人因工程是人因工程在载人航天 领域的拓展和应用，是直接面向载人航天工程需 求的应用基础学科。 它秉承“为航天员使用而设 计”的理念，分析研究航天特因环境下航天员生 理、心理等能力特性及其变化规律，系统研究解决 航天员、航天器、航天环境之间的关系问题，确保 航天员在轨安全、舒适、高效工作，实现任务全周 期范围内系统优化整合、性能最优。 图2 航天人因工程研究体系图 Fig畅 2 Research system of space human factors engineering 航天人因工程研究体系如图 所示。 航天员 能力特性研究是人因工程研究的基础和核心，为 系统设计与评估提供基线，内容覆盖人体参数和 生物力学、认知和决策能力以及心理因素等。 人 机界面与人机交互研究为航天器人机交互效能的 提升提供重要的理论和技术，显示和控制界面主 要面向人与设备、人与计算机交互，新型人机交互 主要解决当前手势、眼动、脑机等的先进交互技术 中人因关键问题，人智能系统协同主要面向人与 智能机器人等团队协同中的人因问题。 人误与人 因可靠性通过对航天人误事件的分析研究识别人 误的影响因素，认识和掌握人误的普遍特征与规 律，深入研究其内在的机制与机理；基于航天独有 环境对人误的影响机制，构建航天环境下人误的 认知行为模型，建立人误预测与预防方法；并针对 航天任务特点开展人因可靠性分析、评估及可靠 性提高方法的研究。 人- 系统整合设计与评估是 从系统层面建立人机功能分配、作业任务设计以 及系统效能评估相关的理论、方法、流程和技术。 当前研究重点与进展 航天人因工程研究范围很宽，下面仅就当前 研究的重点、热点和未来发展方向进行阐述。 畅 航天员作业能力与绩效 深入了解人在太空中的能力和局限性，是开 展人- 系统整合设计、任务规划等重要活动的基础 和保障。 在国际空间站建设之初，即通过 对空间飞行中人的优势（智力优势，对未知或非 结构化情景的响应能力等）和局限性（生理局限、 个体差异、重复单调的工作容易疲劳和出错等） 的大量基础研究 ，从而为空间站人- 系统整合设 计提供了关键的数据和理论基础。 面向未来的载 人登火星、深空探测等任务，各航天大国都制定了 相应的发展规划，深入了解和认识空间环境因素 对人能力的影响及变化规律 - 。 畅 畅 人体参数及生物力学特性 随着载人航天的发展，航天员人体参数及失 第 期 陈善广，等 航天人因工程研究进展 重环境下骨肌生物力学特性的研究逐步深入，如 建立了涵盖亚洲女性第 百分位到欧洲男 性第 百分位的全球人体参数数据库，有效地支 撑了目前低轨道各类载人航天器的研制。 同时研 究表明，短期失重会导致肌肉质量丢失 ，长期可能达到 ，这些会导致骨肌功能 力量下降、运动操作协调性降低、体力疲劳增 加 。 对后续空间站任务，借助 国家重大基 础研究计划，开展了 天头低位卧床实验、中性 浮力水槽实验、失重飞机实验，研究了长期模拟失 重对人的上肢、下肢关节和肌肉力量的变化规律， 发现卧床前后固定姿势下操作力下降，维持时间 变短，长期失重也会导致步态模式等发生变 化 - ，建立从地面、水下到失重飞机的一体的 集成化测试平台，获取了失重状态下人体的运动 学、力学及肌电特性参数，为空间站设计提供有效 支撑。 面向后续深空飞行及星球表面探测任务，长 期和变重力环境对人感觉运动能力及协调性的影 响成为研究重点，如 年 在人的研究计 划中启动了骨肌系统的 （ ）测试项目，借助航天飞机和 任务开展神 经肌肉、感觉运动响应等测试（爬梯子、开舱门、 进出座椅、避障、移动物体等）。 畅 畅 舱外作业能力 航天员着舱外航天服加压后对关节活动性、 操作力量、手灵活性等作业能力影响很大，如 研究给出，戴舱外服手套加压后，手最大握 力下降可达 ， ，目前针对轨道出舱 航天员着舱外服后作业能力（简称人服作业能 力）研究较为全面。 我国也面向空间站的研制建 立了涵盖形态参数、活动空间、手作业能力、运送 物品等 大类的人服作业能力体系及着服后能力 变化规律，对空间站舱外活动工效学要求的提出 提供了重要的支撑 ， 。 后续此方面的研究将从轨道出舱人服作业能 力向星球表面行走及操作能力拓展，开展服装质 心、压力、结构特性等对人运动操作灵活性、舒适 性、疲劳以及运动时服装对人体损伤影响等研究。 如 借助水下、荒漠、失重飞机等地面模拟环 境，对未来载人登月等任务可能的任务（走、跪、 爬等）开展功能活动性测试，建立各个关节面向 任务的功能活动性要求，并对出舱活动中手和前 臂的肌肉疲劳进行了研究，探索上肢关节角度和 肌肉疲劳的关系等 ， 。 畅 畅 感知觉和认知能力 空间失重等特因环境会对人的感知觉产生一 定的影响，美俄等国在其载人航天任务之初就对 飞行中微重力等环境对人的感知觉开展相关研 究，发现微重力环境可导致航天员视域变窄、对比 敏感度变差、眼压升高等视功能变化，航天器舱内 噪声对航天员听力也会产生很大影响。 如俄罗斯 借助多次飞行任务开展了短期飞行视觉能力与特 性研究，联盟 号和 号任务 名航天员 人高 低对比视力出现 的下降， 人高对比视力出 现的提高；联盟 号 名航天员高对比视力 中下降 ， 低对比视力下降 。 最近 的研究发现长期飞行的失重环境会导致视 功能下降，甚至出现视损伤，并在 人的研究 计划项目财年报告中将视觉损伤与辐射同列为未 来飞行任务不可接受风险，同时借助国际空间站 平台，启动了视觉损伤 颅内压风险评估项目 （），对在轨飞行 天后利用 对眼睛视 敏度、眼睛结构和功能、体液分布等进行研究 。 另外失重、狭小空间、昼夜节律变化等因素会 引起各感知通道输入信息出现不适应或相互冲 突，航天员出现空间失定向、眼动神经功能改变和 主动视觉退化、手动控制能力下降、平衡和运动功 能障碍等 - 。 同时长期工作负荷、睡眠缺失导 致认知能力下降、脑力疲劳增加，跟踪作业绩效和 和双作业效能也出现下降 ，如 通过地面 研究发现睡眠剥夺（如 小时没睡眠）导致认知 和操作绩效下降，类似于人体血液中含 畅 酒精的状态，但总体而言，由于研究样本量有 限，对于人在长期空间飞行中感知觉和认知决策 能力变化规律及脑的可塑性相对知之甚少，这也 是当前国际航天飞行重点关注的。 针对此，航天 人因工程一方面开展标准和定量化的在轨认知特 性测试与评估技术、疲劳预测技术等研究，另一 方面对长期空间飞行下认知、行为以及神经结 构 功能等变化进行研究，建立光、药物等的生 物节律与睡眠调节技术等。 如 持续研发 在轨神经认知评估工具（），对航天员 认知感觉、视觉记忆与学习、持续注意、工作记 载 人 航 天第 卷 忆、空间定向、情绪识别、矩阵推理、视觉追踪、 风险决策以及警觉性进行测试，在 年实施 “长期飞行操作水平评价”项目，开展长期飞行 前后模拟航天器操控能力研究，并启动“空间飞 行对神经认知功能的影响”项目，研究飞行对脑 结构和功能影响及其与认知和感觉运动能力相 关关系 。 畅 畅 心理、情绪和行为健康 随空间飞行时间延长人的心理、情绪问题增 加。 长期空间飞行容易引起焦虑、抑郁或心理疲 劳、人际关系不和谐等问题，从而导致作业负荷增 加，人因可靠性降低。 研究表明，社会心理应激因 素对于超过 星期的长期航天飞行任务比对短期 航天飞行任务影响更大，会导致负性情绪增加、人 际关系紧张等。 面对未来深空和星际探测，针对 长期空间飞行对航天员心理、情绪及行为健康的 影响的研究已经成为重点 。 如美国生命科学 部通过艾姆斯（）中心支持，研究在不熟悉和 高压力环境下人脑高层次决策能力的关键因素。 针对国际空间站多国乘员组成的情况， 特 别关注团队协作和社会心理特征评估技术及关键 影响因素研究。 与 年开始建立人的 行为和绩效资质要求，用于选拔和评估空间站乘 组，该资质没有包括所有相关的资质要求，如认知 和能力，包括但不局限于集中力、记忆、感知、想象 力和思考力 - 。 俄罗斯组织开展了 实 验，开展长期隔离环境对人心理、行为的研究，建 立定量化评估方法（包括动机水平、情形决策、识 别差异等），研究发现长期隔离环境受试者出现 沮丧和精神运动能力下降，发现了身体荷尔蒙水 平与工作和睡眠计划紊乱的关系 。 我国在载人航天工程和国家 项目的资助 下，利用地基模拟和天基飞行，开展面向长期空间 飞行下人的航天员作业能力变化规律及机制研 究，探索了长期失重、狭小空间和生物节律紊乱等 特因环境引起的感知觉和认知能力变化、失重下 骨肌质量丢失的信号网络机制及防护途径，形成 了涵盖人的基本特性、行为和绩效三个层次的骨 肌生物力学和认知能力基础数据库，初步具备了 对长期空间飞行下人的能力变化规律的分析和测 量能力。 我国在神九和神十任务中，开展眼手协 调性、空间认知、风险决策等认知能力研究，并通 过焦虑问卷等对航天员飞行前中后的情绪状态进 行了测试 - 。 畅 航天器人机界面与人机交互 航天器人机界面是航天员监视、操纵航天器 完成任务的重要接口和途径，其设计的优劣直接 影响操作绩效及任务成功。 当前航天任务的复杂 度和航天器的自动化水平不断增加，对人机界面 设计与评估技术面临更多的挑战。 在此领域包括 以下研究重点 - ： 畅 畅 航天器人工控制工效 主要指航天员对航天器进行交会对接、对地 定向、起飞或着陆等操作，是一个典型的人在回路 动态精细操控任务，涉及到图像显示、控制手柄、 飞船控制特性等的航天人因工程关键问题，美俄 等国早在 年代就开展大量的研究，我国也在神 九、神十任务中针对飞船手控交会对接任务关键 认知特性、对接系统的靶标、操作手柄以及飞船控 制特性等相关工效设计开展大量研究，优化了靶 标设计方案、多参数多自由度图形显示页面设计 以及手控交会对接综合评估模型等，确保我国首 次手控交会对接任务的成功 - 。 当前 将 人工控制的研究重点放在未来登月及火星等星球 表面探测航天器的人工控制上，针对飞船在上升 及着陆中操作控制界面开展情景意识、操控品质 以及振动对操作工效影响等相关问题研究，该结 果对指导星座计划中猎户座飞船的研制起到重要 的支持作用。 畅 畅 星球表面出舱活动任务 无论近地轨道飞行还是未来的登月、登火星 等，舱外操作任务必不可少，其人机界面设计必须 与航天员着舱外服后操作能力相匹配，这也是舱 外人机界面设计与评价的重点。 美俄等国在轨道 出舱相关研究上已经取得大量成果，在舱外作业 区空间布局、操作力、舱外工具等形成了较为成熟 的技术和规范，我国借助神七出舱活动任务和空 间站任务，建立了出舱活动人机界面工效设计要 求、地面和水下的工效评价技术。 当前 将 舱外人机界面的研究重点放在星球表面舱外活动 人因问题进行研究，构建了荒漠、水下等模拟环境 下研究与测评技术，对航天员- 舱外服- 星球探测 车系统开展布局及界面设计开展分析与评估。 畅 畅 先进交互技术中的人因工程问题 第 期 陈善广，等 航天人因工程研究进展 人机交互技术快速发展为航天员在轨信息管 理、航天器操作控制等提供了新型的交互途径，但 如何建立与人的认知行为特性相匹配的交互模式， 解决多通道信息的语义融合（语言、手势、眼神、身 体姿势等）、多维信息的整合和协同模式等成为当 前航天人因工程关注重点，也是确保这些先进技术 真正得到在轨应用的前提。 针对在轨信息 管理，研制了非手操作的，柔性、可移动信息系统技 术（， ），并 借助失重飞行开展相关人因问题研究。 畅 畅 人- 机器人协同 机器人技术的快速发展使得未来人机器人联 合进行星际探测成为发展的必然，因此如何确保 人机器人协同高效工作成为后续人因研究的重 点， 在其人的研究计划中提出了人与自动 机器人整合（， - ） 项目，在对前期空间机械臂、灵巧 机械手（， - ）和机器人 号（ ）等综合分析的基 础上，提出了人机器人交互技术发展的重点和差 距，人机功能分配、与人的认知能力相匹配的高效 交互模式、以及非侵入情景感知和负荷测试技术 成为关注重点。 如 对其 机器人开展人 机协作研究，采用“观点采择 （ - - ）”模式增加交互过程中机器人的拟人化思维 能力，并研究其对人- 机器人团队绩效影响，提升 团队协同作业能力和绩效 。 畅 畅 空间适居性和维修性中的人因问题 乘员舱空间布局及视觉效果、生活设施方便 性、工作任务安排合理性及睡眠等多个方面都对 适居性产生影响，但如何建立有效的在轨测试技 术和方法，成为发现和提升航天器适居性关键， 在 任务中成立了适居性运行团队，负责 识别和分析执行飞行任务适居性问题，如 针对睡眠缺失问题，研究了不同频谱的光对“睡 眠- 觉醒”影响，研究结果用于空间站照明设计。 另外以安全性为中心在轨维修工效研究中，重点 解决操作工况苛刻、非专业维修人员、心理应激程 度高等带来的人因问题，确保维修界面、程序及信 息支持系统满足航天员在轨维修操作需求。 畅 航天人误与人因可靠性 随着载人航天系统及任务复杂性不断提高， 航天员在任务回路中的参与度不断增强，人的失 误引发航天异常、故障和事故的问题日益凸显，使 得各国航天机构逐渐意识到人的失误（下文简称 人误）可能导致系统可靠性降低、甚至飞行任务 失败、人员伤亡和经济损失。 载人航天领域人误 与人因可靠性研究的发展经历了两种模式，一种 是以成熟的人误与人因可靠性分析方法为基础， 结合载人航天的特点，进行适用化改进。 另一方 面，是开发针对性的人误管理工具。 目前 将人因可靠性和人误分析纳为 总部的安全 与任务保证办公室工作的重要组成部分，对人误 与人因可靠性的关注已逐步上升到战略层次。 结 合认知科学与人因可靠性的最新发展，研究航天 飞行因素对人误的影响，深入研究人误机制与机 理，瞄准长期飞行开展人误预测技术，人因可靠性 改善与提高方法，从而确保航天员- 航天器系统的 可靠性与安全性 - 。 畅 畅 人误特征与机制研究 明确不同任务下的人误特点、规律及其影响 因素，对于工程系统针对性的改进任务流程与设 计、人机界面设计、人员选拔和训练都有非常重要 的意义。 借助于核电站发展起来的人误分 类方法与人因可靠性分析方法，对已经发生的载 人航天事故进行了人误的原因、特点分析。 已经采用 、 以及 方法 对借助真实飞行任务获取的人误数据（包括地面 指控数据）进行了分析，进行了人误分类和特点 分析，并对其原因进行了追溯分析 。 研究人误的最终目的之一是减少和预防人 误，揭示人误发生的内在机制与机理，明确人误的 作用途径，可为人误的预测与预防提供理论基础， 并为采取针对性措施减少人误提供支撑。 特别重视在轨飞行环境，尤其是长期在轨飞行环 境及其导致的人的认知能力、情绪、生理等因素对 人误及人因可靠性的研究，在 安全和任务 保障局推动的“空间飞行任务人因可靠性研究计 划（ - ，）”中就明确提出与人类计划及其它相 关领域密切合作，深入系统的研究各种影响因素 对人误的影响及其机制机理，从而为人误的预测 与预防提供理论支撑 。 畅 畅 人误预测与预防措施研究 载 人 航 天第 卷 人误预测技术除了需要人误机制与机理研究 作为理论支撑之外，还需要构建相关的模型。 根 据预测的目标、对象的不同，可构建不同的模型。 目前国际上的人误预测模型实际上是借助于普通 的认知模型（ ）或者绩效模型（- ），如 - （ - ） 模型，（- - ） 模型、 （ ） 等等。 但是 这些模型存在一个致命的缺点，由于这些模型开 发的目标和出发点着重在于对于思维特征的描 述，而不是以人误动态分析与预测为重点的。 因 此，其在应用过程中存在一些问题。 目前， 正在开展基于任务网络、认知模型和视觉模型的 人误分析与预测模型研究，通过对任务设计与安 排、人机交互系统、环境因素等的系统分析，识别 潜在人误，提高系统可靠性。 预防人误与提高人因可靠性是人误与人因可 靠性的重要目标。 、俄罗斯以及 等在 预防人误与提高人因可靠性方面，主要有两种途 径。 一种是通过制定严格的标准，包括工效学标 准、工业设计标准、安全性与可靠性标准等，强制 约束产品设计与生产方，确保系统和人的可靠性； 并且系统性的介入产品设计与生产，迭代的进行 产品工效学评价；第二种是通过工程管理、工业设 计、人员选拔和训练的方法，优化任务流程、人机 界面设计、人员能力，增强系统的容错能力，从而 减少人误提高系统可靠性。 畅 畅 人因可靠性分析与评估 注重开发新的 模型、方法、工具以及标 准体系。 特别重视对 模型在航天实 践应用中的适用性改进，同时推进相关软件、表格 等实用性工具及标准体系的开发。 年， 成立了第一个针对空间飞行中人误辨识、 限制和管理的人因可靠性项目。 该项目建立了一 个人误评估和减少的方法- 人因过程失效模式与 影响分析 （ - ），可以识别潜在 人误因素（失效模式）以及人误因素带来的后果。 后来该方法不断发展，形成了 软件 （ 公司发布了其商用版本）和 训练，并已成功应用于航天飞机、国际空间站等项 目 ， 。 于 年 月组织了人因可靠性 研究的顶级专家为美国载人航天撰写了枟 人因可靠性分析方法选择指南枠。 运用整体决策 树（， ）方法对国际空间 站（）进行了人因可靠性分析。 我国在航天人误和人因可靠性研究方面刚刚 起步，针对长期航天飞行条件下航天员睡眠不足 产生累积性脑力疲劳，开展了脑力疲劳状态下人 误的绩效影响因素的负性变化规律研究，初步揭 示了脑力疲劳与持续注意能力之间的定量关联， 揭示了持续性注意能力与错误觉察能力存在密切 的关联，未来可作为人误实时监测与预测的一个 重要指标 ， 。 航天员中心人因工程重点实验室 正在开展对经验人误数据的分类分析，下一步结 合机制与机理研究的成果，构建人误的认知动态 模型，提取显著的绩效、生理等特征（脑电、脑血 氧）指标，并开发相关的软件实现对人误的预测。 长期空间飞行下人误与人因可靠性对航天任 务的完成至关重要，贯穿于航天器研制全周期。 下一步研究重点是针对人误与人因可靠性建立有 效的分析和评估方法，全面识别长期在轨飞行条 件下人误的影响因素；研究典型航天任务的人误 特征、规律、机制与机理，结合认知模型建立预测 模型，针对人- 系统可靠性建立动态分析与评估方 法。 畅 人- 系统整合设计与评估 畅 畅 以人为中心设计的理念 （- ） 在几十年的载人航天历程中，不断提 升对人的因素的重视程度。 不仅提出“把 人作为一个系统” （- - - ）设 计模型，而且在技术标准和程序层面建立了人- 系 统整合设计要求（- 等），其中特别 强调“以人为中心的设计”理念，要求所有载人系 统的研发在全周期范围内必须充分考虑人的特 性。 有三个突出特点即要求用户方早期参 与及不断参与设计、进行性能评估、以及开展迭代 式设计（设计- 测试- 再设计模式）。 其过程至少应 包括以下几个方面 ， ： 操作概念和任务场 景建立； 任务分析； 人- 机功能分配； 人员角 色和职责分配； 迭代式概念设计和原型系统构 建； 试验测试与验证（包括人在回路测试、基于 第 期 陈善广，等 航天人因工程研究进展 模型的人- 系统性能评估等）； 人- 系统性能在轨 检测。 畅 畅 应激与作业负荷 作业负荷的评估是保证人- 系统设计、人的工 作合理分配的重要基础。 航天员长期在轨飞行面 临失重、昼夜节律变化等环境应激，以及繁重的工 作等工作应激。 这种环境与工作的综合应激，导 致航天员在轨作业负荷与地面相比存在较大的差 异。 针对航天员脑力负荷的分析与评估， 很早就开展了相关研究，包括逐步建立脑力负荷 评价标准， 通过研究分析制定的负荷量表 - ，已广泛应用于在轨飞行任务和地面 诸如汽车、 飞机驾驶等研究的脑力负荷评价 中 。 我国航天员中心应用客观绩效、主观问 卷、生理参数三种手段结合的方法对脑力负荷进 行综合评估，利用脑电和功能性近红外（） 进行脑力负荷评估 ；针对单一任务（- ）及 手动追踪任务、组合任务（）均有显著的难 度相关性，并且可以利用 的特征实现较高 的非跨任务非跨时间的分类精度；利用 对 模拟交会对接任务进行任务特性分解研究，得出 模拟任务中分析、控制、时间压力三个脑力负荷影 响特征。 畅 畅 人- 系统整合（ ， ） 通过总结载人任务成功经验和失败教 训，提出将作为指导载人系统研发实施全周期的 工程化方法。 要求研发团队从策划、设计、运 行、管理等各个方面确保“以人为中心设计”理念 的落实，改进人机关系，预防人为差错，消除安全 隐患，避免设计反复，节约研制经费，最终实现系 统安全、高效和经济的目的。 涵盖了与人相 关的多个领域包括健康、选拔训练、物资生活保障 等，其中人因工程理论和方法是实现人- 系统整合 设计与评估的核心。 在对航天员能力绩效 深入研究的基础上，面向航天器研制全周期的阶 段特点，在任务分析、人机功能分配、乘员舱适居 性、显示和控制界面、作业程序等方面开展以人为 中心设计与评估技术研究，形成了包括任务分析、 时间线分析，模型和仿真，可用性测试、负荷评估 以及人误和人的可靠性评估等方法体系。 在 年将人因工程的方法体系写入其系统工 程手册（ - ），指导航天器全周期的 人- 系统整合设计与评估 。 畅 畅 适人性评估（- ） 一直把安全放在首位，对所有新研项 目专门提出适人性评估认证（- - ）要求。 年 更新了枟空间系统 适人性评估要求枠（ 畅 ），“星座 计划”就是按新要求开展了适人性评估认证的。 一个通过适人性评估的系统就是能够适应人的需 求、有效利用人的能力、控制风险以确保人员操作 安全，且一旦发生危险具备最大限度保证乘组安 全恢复的能力。 适人性评估应是系统研发全周期 所有计划活动中不可缺少的组成部分，包括：设计 与研制，测试与验证，计划管理与控制，放飞前确 认，任务运行，维护维修，升级与废弃等环节。 在 实施管理上建立有效组织体系， 副局长（- 主席）是最高决策者，对系统是否满足 适人性评估负责， 三个技术机构的主管（任 务安全、工程、健康及医疗），负责适人性评估的 实施，约翰逊中心主任负责乘员风险可接受性评 估，最终结果需要通过独立委员会审核。 在项目 各个层面上成立人- 系统集成工作组（ - ，），作为专门的管理机 构推动实施规范化、科学化和有效性。 要求在系 统研制的每一个阶段的关键里程牌评审中开展适 人性的评估，可行性和时效性好，保障了 以 人为中心设计思想在航天器研制全周期得以有力 贯彻，保障航天器适人性设计水平和任务成 功 。 我国 年前创立的人- 机- 环境系统工程理 论与方法在理念与目标上与 很相似，其体现 的系统工程思想与方法在我国载人航天任务中的 到了有效的应用。 从 年载人航天任务启动 开始针对座舱布局、显示与照明、人工控制等开展 了深入研究，形成了包括飞船、空间站乘员舱、出 舱活动任务和航天服等工效学要求和评价体系， 有力的保障了从神舟 号到神舟 号载人航天 任务的成功 ， 。 面向未来载人航天复杂任务的需求，后续人- 系统整合的研究重点主要包括： ） 必须进一步推动人- 系统整合理念的持续 深入和贯彻，这是确保该方向良性发展的思想基 载 人 航 天第 卷 础。 正如 提出的不仅要在项目中将人- 系 统整合设计与评估专家参与进来，更重要的是要 让项目的管理者像这些专家们一样思考问题。 ） 大力推动航天器研制全周期人- 系统整合 测评技术发展，特别是基于仿真的测评技术和平 台建立， 对此十分重视，其人机整合设计与 分析系统 由 研究中心于 年代中期开始开发，到目前已经历 个版本，并持 续加大投入，已经能够实现行为绩效模拟、作业负 荷分析、可视域、可达域分析等功能，对方案阶段 的人- 系统整合分析与测评起到重要支撑 。 我 国航天员中心人因工程重点实验室也借助 项 目启动了航天员建模与仿真系统 的研制， 初步实现了对骨肌生物力学、认知绩效以及工作 负荷等建模仿真 - 。 ） 深入开展定量化、标准化人机界面分析测 评技术的研究，这些指标对于推动人机功能分配、 作业负荷定量化评估技术建立至关重要。 统一的 标准化的指标有助于我们实现跨评价项目的数据 收集、跨系统共享。 已经提出将人作业精 度指标、工作负荷指标、情景意识指标、认知指标、 个性指标、情绪健康测量、人体参数、生理指标等 人的绩效指标进行规范化，并在各个评估阶段进 行测试和对比整合分析 。 我国航天人因工程发展建议 长期空间飞行和载人深空探测是国际航天未 来的主要任务，这些任务在给人因工程研究带来 重大机遇的同时也带来更多的挑战，包括月球、火 星探测等变重力环境下人的能力与绩效、星球表 面舱外活动、人机器人团队协作、航天人误预防和 人因可靠性等必须解决的难题。 目前我国空间站 研制处于初样研制的关键阶段，后续任务也在酝 酿之中。 如何确保将我国的空间站真正打造成为 航天员安全、可靠、舒适的太空之家？ 如何确保航 天员在每次航天任务中充分发挥独特作用以使系 统获得最大效益？ 充分借鉴国外经验，切实重视 并推动我国航天人因工程研究和应用不仅十分迫 切更具有长远意义。 特别应在以下几个薄弱环节 做出努力： 畅 理念与认识 经过近 年的发展，从项目的顶层管理者到 具体的工程设计人员对系统中的人因问题的认识 有了提高，但对人因工程涉及的理念和方法理解 不深。 人因工程是对传统工效学的超越，它不仅 着眼工作绩效的提高，更把消除隐患确保安全置 于首要。 人因工程的研究重点之一是全周期的关 注人- 机关系，而人- 机关系本质上讲是人- 人关系， 因为机是人的创造物，必然打上人的烙印，表现在 产品研发上是设计者与使用者（用户）之间的关 系。 设计者与使用者是对立统一体，设计者常常 把自己当成使用者，而使用者常常对设计者期望 过高，人因工程提供了解决这种冲突达到系统谐 同的科学途径。 因此，亟需加强“以人为中心的 设计”理念宣贯和推动，在工程全线深入领会“人