载人航天器的人工控制问题
作者：马治家 周前祥
单位：航天医学工程研究所，北京 100094
关键词：载人飞船；系统工程；系统设计；控制系统；工效学；人-机界面
航天医学与医学工程000416摘要： 在载人航天器总体设计中，提供一定程度的人工控制系统，是确保系统安全可靠的技术途径之一，这对长期飞行尤为重要。本文阐述了载人航天器系统设计时进行人工控制的原则、主要应用项目和对人-机界面的一般要求。最后，提出几点看法以供讨论。
中图分类号：R857.1 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(2000)04-0301-04
Manual Operation in Manned Spacecraft
MA Zhi-jia ZHOU Qian-xiang
, http://www.100md.com
(MA Zhi-jia.Institute of Space Medico-Engineering, Beijing 100094,China)
Abstract： The main character of manned spacecraft is that there are astronauts in it. In order to ensure security, reliability and high efficiency of the whole system, it is necessary to make full use of human operation in space environment at the stage of system overall design, especially for long manned flight. On the basis of related data, this paper summarized the principles of manual operation, its main objects and some requirement on man-machine interface. At last, some views have been put forward for discussion.
, 百拇医药
Key words：manned spacecraft;systems engineering;systems design;control systems;ergonomics;man-machine interfaces
载人航天器与无人航天器的最大不同是载人航天器系统中有航天员,这为系统的设计增加了难度，因为除了航天员的生保系统外，还必须提高整个系统的安全可靠性。但是美国“双子星座”计划证明：航天员不仅能在严酷的宇宙空间中生存，而且也是一个敏感的能发挥重要作用的环节[1]。因此，人的存在也为充分利用其空间环境条件下生存与工作特性，为减化设备提供了机会和可能。目前，把人看作为整个载人航天器大系统的一个环节，针对航天员的能力特点，力求设计出空间飞行环境条件下以人为主体的最佳人-机系统，已成为系统总体设计时的必由之路。所以，为了发挥航天员的作用，根据人、机器的优缺点，如何将人与机器自动化操作有机地整合在一起，全面分析考虑，就成为进行人工控制时须解决的主要问题，本文对此加以讨论，以期有所裨益。
, http://www.100md.com
人工控制的原则
一般来说，人工控制就是设计出一种航天员可以介入的控制系统，航天员借此可以完成飞行
过程中的某些任务或操作。它主要利用了人的提取信息、分析、综合、比较以及作出判断和决策并执行控制等方面的能力。这样，进行人工控制既牵涉到人、机功能分配的问题，也涉及人-机界面的设计。因此，在实际应用中，要对人与机器自动操作的特点进行综合考虑，有关文献给出了这种比较[2，3]。从两者的对比分析中可以看出，在许多方面人操作的优点正好是自动化的缺点，而自动化的优点又正是人的不足之处，两者是互补的，这就是载人航天器系统实施人工控制的基础。
人们已经认识到在轨飞行期间用机器自动化操作来完全取代人的想法是不现实的，但是在空间环境中，载人航天器上的航天员长期处在各种特殊环境因素的作用之下，如微重力、高温和低温、噪声和振动、辐射以及狭小环境与长期隔离等，并且这些因素还有可能产生复合作用[4]，从而影响人的操作能力和工效。为此，我们认为进行人工控制设计的主要原则是：
, 百拇医药
(1) 人-机分工：应根据空间飞行条件下航天员能力、自动化水平(可能性、可靠性和研究周期及费用等)，确定哪些任务由机器、哪些任务由人来完成(即人、机功能分配)。同时，功能分配要考虑航天员的时间分配(几项任务不能同时进行)和保证条件。
(2) 操作对象简单，航天员又能很容易完成的任务，可分配给航天员去执行。
(3) 至关重要、涉及航天员生命安全的任务，除自动系统外，应提供人工控制备份。
(4) 人工控制系统和自动控制系统要最大限度地各自独立。因为“水星飞船”的可靠性经验表明，如果各系统被设计成互相依赖的，或者按“堆积”方式安装使它们互相接触，那么一个主系统的故障就可以蔓延到另一个系统[5]。
因此，在系统设计过程中就必须运用航天工效学原理，从飞行任务分析和概念研究阶段开始，确定系统的功能，进行系统功能的分析并产生其功能要求。再从载人航天器系统的功能要求这一基础出发，对处于空间飞行过程中人员和机器自动化控制的特点作详尽的研究，提出人工控制系统设计的指导性方案、方法与步骤，其后的组织、构成和作业分配的决策均以此为依据。最终使得人、机器两者“取长补短、各尽所能、密切配合”，在系统的整体上达到最大的安全性和有效性。
, 百拇医药
应提供人工控制的主要项目
如上所述，在载人航天器中进行人工控制的对象必须是在系统安全可靠条件下航天员能够完成的任务。我们认为，可以实施人工控制的项目有以下几项。
(1) 逃逸：为了确保安全可靠性，发射阶段的逃逸系统应提供人工控制备份，这样可保证航天员根据具体情况进行判断，同时也能稳定其心理状态，有效地进行逃逸救生。
(2) 姿态控制：姿态是指载人航天器相对一定参照物的方向，靠控制飞行器绕其质心的转动实现姿态变化[6]。姿态控制是执行其他任务或完成后继飞行所必备的条件，是航天员在轨道飞行阶段的重要控制任务之一。除了自动控制系统外，设计出人工控制备份，会有效地保证整个系统的安全可靠性。特别是在自控失灵和一些关键性飞行阶段(如返回点火、手控返回等)，进行人工控制能有效地提高飞行成功率。
(3) 平移控制：即调整载人航天器飞行轨道，如高度、倾角等。控制飞行器运动也是人工控制的重要对象，而且难度最大，要求最高。
, http://www.100md.com
(4) 交会对接：航天器之间接近、停靠和连接的关键手段。经验表明，航天器通过变轨进入0～200 m的最终逼近区后，最可靠的技术途径是利用光学和电子测量等设备和人工控制系统，不断地测定、调整追踪航天器与目标航天器的相对姿态、位置及其变化速率，最终使视线转动速度接近于零，接近速度不大于2 m/s，完成对接任务。
(5) 舱外活动：载人飞行过程中，有时需要在舱外进行空间维修、装配、太阳帆板展开、转移和营救等活动，对其进行人工控制，可以起到自动控制无法替代的作用。
表1 载人航天器系统控制方法
Table 1 Control means for manned spacecraft task/operation
function allocation
, http://www.100md.com by man
by machine
co-operation
switching on/off of system, including every kinds of equipment, instruments,-
+
-
and so on in the spaceflight
resetting of system on its failure
+
-
, http://www.100md.com
+
determining the state of spacecraft and its navigation
+
-
-
attitude control
+
-
+
modifying orbit
-
+
, http://www.100md.com
+
rendezvous and docking
+
-
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maneuver control
-
+
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modifying spaceflight procedure
+
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-
executing some performance related with spaceflight task(such as
+
-
-
observation, navigation)
landing control
+
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-
Note:‘+' means yes, and ‘-' means no
, 百拇医药
(6) 两舱分离和返回落点控制：这包括应急返回和正常返回落点的两种人工控制，有了人工控制，航天员可根据指令控制落点范围，为快速营救和及时回收提供必要条件。
目前，对载人航天器中的控制问题已形成的一般概念如表1 所示。
对人-机界面的一般要求
进行人工控制时，航天员要获取有关载人航天器的控制信息，就必须通过相应的显示器或显示装置，而要执行决策、进行控制，就必须通过相应的控制器。显示器的输出是有关被控对象的信息，是对航天员的信息输入。他据此作出判断、决策，下达控制指令，形成控制器的输入。控制器把指令传给载人航天器，其运动状态发生变化后通过反馈传送到显示器，这就是整个人工控制系统的运行过程。由此可以看出，一个典型的人工控制系统是由航天员、载人航天器(被控对象)、显示器、控制器和反馈回路构成的，其中显示器和控制器便构成为人-机界面，如图1所示。
, 百拇医药
根据航天工效学的基本理论，载人航天器人工控制系统人-机界面要能确保航天员的工作能力得到充分可靠地发挥。对控制器而言，其形状尺寸、操作力大小与特性以及安装位置等方面应满足工效学要求，显示器应显示快速及时，信息清楚、明确、充分且最好有多通道信息传递方式[7]。按照显示器与控制器的不同类型，我们将其人-机界面的工效学要求归纳如下。
(1) 视觉显示器界面设计应考虑以下因素。
安装位置：即安装位置距观察点的远近、高低、左右。
安装方向：显示面与操作者视线的夹角应尽可能垂直，不应小于60°。
显示精度：能够显示出的最小差异或最小变化，要根据显示器功能和航天员的特性决定。它直接决定着航天员的判读精确性，也直接影响其控制效果。
显示速度：从状态变化到显示出这种变化所需时间，亦称响应速度，显示应是实时的。
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准确度：指显示状态与实际状态的差别。
字符：文字、数字、符号、图形等的形状、大小；笔画的粗细、间距；指针、刻度、标尺的粗细、长短，都与判读难度有关，必须达到一定标准。
光学要求：字符与背景的亮度、对比度及颜色、照明水平、方式等也影响可读性。
(2) 听觉显示器界面设计应考虑以下因素。
显示分级：应根据与人生存安全关系的大小和航天员参与程度分几个不同级别的显示(如应急告警、告警、注意与提示)。
可懂度：主要指语音信号可以被理解的程度。语句太长浪费时间，太短又含义不明。因此，字词长短要合适， 字、词、语句间距要适当。
抗噪声能力：尽量躲开或减小噪声的干扰。
, 百拇医药
音量：声音大小要根据扬声器距离、舱内容积、噪声水平、使用目的等因素决定。例如，对应急告警的听觉显示，舱内所有人员都应感知到，睡眠中的人员也能被叫醒。而对告警的听觉显示，要保证至少有一个人总能收到告警信号，根据警告程度决定是否叫醒睡眠者。
频响：发出声音的频率范围，各种听觉显示信号均不应增加航天员的精神负荷及恐慌感。
人的操作：对听觉信号进行人工控制的响应虽然不同，但都是预先规定好的动作，如，对应急告警和告警的听觉信号，人工控制是为提高系统安全可靠性而进行的一个备份，而对注意与提示信号来说，进行人工控制响应则是主要操作。
控制器的人-机界面设计要求
控制器是航天员为了执行某种任务，实现某种功能，改变某些参数或状态，传送某种指令需要进行操作的机构或装置，包括操纵杆、旋钮、曲柄以及联动开关等，它们的工效学设计要考虑的因素如下。
, 百拇医药
图1 载人航天器中的人-机界面
Fig.1 Man-machine interface of manned spacecraft
形状、尺寸：控制器的形状和尺寸必须与其功能、操作方式相匹配，符合使用要求。另外，设计时还应考虑到一些特殊条件的影响，如是否戴手套，失、超重条件，振动条件等。
活动范围：转动角度或移动行程要合理，在极限位置要加限位机构。如操纵杆绕Y轴转动±(20°～30°)，绕X轴±(20°～30°)，绕Z轴±(40°～48°)。
操作力：不同的操作方式要求航天员用不同的身体部位进行操作，操作力必须与航天员身体部位相匹配，过大、过小都会产生不良的作用。
防护措施：为确保安全，应加防护措施，防止误动。即操纵装置的设计与安装应确保其不易受到意外的碰动，尤其对关键性的控制器，要采取加保护罩、加围栏、加联锁机构等措施。
, 百拇医药
安装位置：要把最重要的控制器安装在最易操作的位置上，所有控制器都应安装在航天员能够触及并能进行操作的位置上。
编码：对不同的控制器，可进行颜色或形状编码，便于航天员用视觉或触觉进行快速分辩。
间隔：要根据功能、特性、戴与不戴手套等因素，确定合适的间隔。
颜色与对比度：控制器与面板应有不同的颜色、良好的对比度。
响应与状态指示：控制器的即时状态必须明确显示，航天员可快速判定，迅速决策，这样可加快操作速度，对于需要快速操作的控制器，更应如此。航天员执行操作后，控制器动作状态改变时，应给航天员以明确的反馈，如声响、指示灯等。同时，要有不同的难度操作要求，如姿态控制，提供速度控制(易)和加速度控制(难)两种方式。
结束语
, http://www.100md.com
为了完成空间飞行任务，航天员、载人航天器和舱内外环境共同构成为一个典型的人-机-环境系统。在该系统中，航天员要完成监视、控制和决策等基本功能。进行人工控制设计的重要目的是最大限度地发挥和利用航天员的主观能动性，最大限度地简化载人航天器的自动控制系统、复杂性和减轻重量，特别是当载人航天器的自动控制失灵时，航天员能运用人工控制返回地面，确保飞行的圆满成功。我们认为，树立工效学总体设计观念，参与顶层设计，并进行各级工效学评审是提高载人航天器安全可靠性的有效技术途径。
如何进行人工控制工效设计是载人航天器系统总体设计的最基本决策，它直接影响着系统的人-机界面设计，并在很大程度上决定着实际执行飞行任务中人和机器的相互作用。为此，国外在这方面采取超前任务5～10年开展预先研究的办法。载人航天技术特别是长期载人飞行技术是当今世界航天技术发展的重要方向，因此，应提前研究长期航天情况下影响人体机能的各种因素，以便最优地设计人工控制系统，要统筹安排，应树立系统总体的观念，加强工效学在载人航天器工程总体设计中的作用，只有这样，才会对提高载人航天器系统的有效性、安全可靠性以及降低系统的支持费用等方面起到重要的作用。
, 百拇医药
[参考文献]
[1] Nicogissia AE.NASA life sciences strategy and operation considerations[M].Washington DC：NASA Headquaters,1988：18～29
[2] Brody AR.Space operation and the human factors[J].Aerospace America, 1993, 18(10)：18～20
[3] 张汝果主编.航天医学工程基础[M].北京：国防工业出版社，1991：215～235
[4] WU Guoxing.The human role in space[J].Space Medicine & Medical Engineering,1989，2(2)：136～139
, 百拇医药
吴国兴.人在航天中的作用[J].航天医学与医学工程，1989，2(2)：136～139
[5] Brody AR.Human operation in spaceflight[J].Aerospace of America, 1995,12(3)：23～35
[6] Zimmerman WF.Space station Man-Machine automation trade-off analysis[C]. NASA-CR-176046, 1985, 2：6～18
[7] 张汝果,魏金河主编.航天医学基础[M].北京：科学文献出版社，1997：113～120
收稿日期：1999-11-23, 百拇医药
单位：航天医学工程研究所，北京 100094
关键词：载人飞船；系统工程；系统设计；控制系统；工效学；人-机界面
航天医学与医学工程000416摘要： 在载人航天器总体设计中，提供一定程度的人工控制系统，是确保系统安全可靠的技术途径之一，这对长期飞行尤为重要。本文阐述了载人航天器系统设计时进行人工控制的原则、主要应用项目和对人-机界面的一般要求。最后，提出几点看法以供讨论。
中图分类号：R857.1 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(2000)04-0301-04
Manual Operation in Manned Spacecraft
MA Zhi-jia ZHOU Qian-xiang
, http://www.100md.com
(MA Zhi-jia.Institute of Space Medico-Engineering, Beijing 100094,China)
Abstract： The main character of manned spacecraft is that there are astronauts in it. In order to ensure security, reliability and high efficiency of the whole system, it is necessary to make full use of human operation in space environment at the stage of system overall design, especially for long manned flight. On the basis of related data, this paper summarized the principles of manual operation, its main objects and some requirement on man-machine interface. At last, some views have been put forward for discussion.
, 百拇医药
Key words：manned spacecraft;systems engineering;systems design;control systems;ergonomics;man-machine interfaces
载人航天器与无人航天器的最大不同是载人航天器系统中有航天员,这为系统的设计增加了难度，因为除了航天员的生保系统外，还必须提高整个系统的安全可靠性。但是美国“双子星座”计划证明：航天员不仅能在严酷的宇宙空间中生存，而且也是一个敏感的能发挥重要作用的环节[1]。因此，人的存在也为充分利用其空间环境条件下生存与工作特性，为减化设备提供了机会和可能。目前，把人看作为整个载人航天器大系统的一个环节，针对航天员的能力特点，力求设计出空间飞行环境条件下以人为主体的最佳人-机系统，已成为系统总体设计时的必由之路。所以，为了发挥航天员的作用，根据人、机器的优缺点，如何将人与机器自动化操作有机地整合在一起，全面分析考虑，就成为进行人工控制时须解决的主要问题，本文对此加以讨论，以期有所裨益。
, http://www.100md.com
人工控制的原则
一般来说，人工控制就是设计出一种航天员可以介入的控制系统，航天员借此可以完成飞行
过程中的某些任务或操作。它主要利用了人的提取信息、分析、综合、比较以及作出判断和决策并执行控制等方面的能力。这样，进行人工控制既牵涉到人、机功能分配的问题，也涉及人-机界面的设计。因此，在实际应用中，要对人与机器自动操作的特点进行综合考虑，有关文献给出了这种比较[2，3]。从两者的对比分析中可以看出，在许多方面人操作的优点正好是自动化的缺点，而自动化的优点又正是人的不足之处，两者是互补的，这就是载人航天器系统实施人工控制的基础。
人们已经认识到在轨飞行期间用机器自动化操作来完全取代人的想法是不现实的，但是在空间环境中，载人航天器上的航天员长期处在各种特殊环境因素的作用之下，如微重力、高温和低温、噪声和振动、辐射以及狭小环境与长期隔离等，并且这些因素还有可能产生复合作用[4]，从而影响人的操作能力和工效。为此，我们认为进行人工控制设计的主要原则是：
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(1) 人-机分工：应根据空间飞行条件下航天员能力、自动化水平(可能性、可靠性和研究周期及费用等)，确定哪些任务由机器、哪些任务由人来完成(即人、机功能分配)。同时，功能分配要考虑航天员的时间分配(几项任务不能同时进行)和保证条件。
(2) 操作对象简单，航天员又能很容易完成的任务，可分配给航天员去执行。
(3) 至关重要、涉及航天员生命安全的任务，除自动系统外，应提供人工控制备份。
(4) 人工控制系统和自动控制系统要最大限度地各自独立。因为“水星飞船”的可靠性经验表明，如果各系统被设计成互相依赖的，或者按“堆积”方式安装使它们互相接触，那么一个主系统的故障就可以蔓延到另一个系统[5]。
因此，在系统设计过程中就必须运用航天工效学原理，从飞行任务分析和概念研究阶段开始，确定系统的功能，进行系统功能的分析并产生其功能要求。再从载人航天器系统的功能要求这一基础出发，对处于空间飞行过程中人员和机器自动化控制的特点作详尽的研究，提出人工控制系统设计的指导性方案、方法与步骤，其后的组织、构成和作业分配的决策均以此为依据。最终使得人、机器两者“取长补短、各尽所能、密切配合”，在系统的整体上达到最大的安全性和有效性。
, 百拇医药
应提供人工控制的主要项目
如上所述，在载人航天器中进行人工控制的对象必须是在系统安全可靠条件下航天员能够完成的任务。我们认为，可以实施人工控制的项目有以下几项。
(1) 逃逸：为了确保安全可靠性，发射阶段的逃逸系统应提供人工控制备份，这样可保证航天员根据具体情况进行判断，同时也能稳定其心理状态，有效地进行逃逸救生。
(2) 姿态控制：姿态是指载人航天器相对一定参照物的方向，靠控制飞行器绕其质心的转动实现姿态变化[6]。姿态控制是执行其他任务或完成后继飞行所必备的条件，是航天员在轨道飞行阶段的重要控制任务之一。除了自动控制系统外，设计出人工控制备份，会有效地保证整个系统的安全可靠性。特别是在自控失灵和一些关键性飞行阶段(如返回点火、手控返回等)，进行人工控制能有效地提高飞行成功率。
(3) 平移控制：即调整载人航天器飞行轨道，如高度、倾角等。控制飞行器运动也是人工控制的重要对象，而且难度最大，要求最高。
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(4) 交会对接：航天器之间接近、停靠和连接的关键手段。经验表明，航天器通过变轨进入0～200 m的最终逼近区后，最可靠的技术途径是利用光学和电子测量等设备和人工控制系统，不断地测定、调整追踪航天器与目标航天器的相对姿态、位置及其变化速率，最终使视线转动速度接近于零，接近速度不大于2 m/s，完成对接任务。
(5) 舱外活动：载人飞行过程中，有时需要在舱外进行空间维修、装配、太阳帆板展开、转移和营救等活动，对其进行人工控制，可以起到自动控制无法替代的作用。
表1 载人航天器系统控制方法
Table 1 Control means for manned spacecraft task/operation
function allocation
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co-operation
switching on/off of system, including every kinds of equipment, instruments,-
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modifying orbit
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rendezvous and docking
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modifying spaceflight procedure
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observation, navigation)
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Note:‘+' means yes, and ‘-' means no
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(6) 两舱分离和返回落点控制：这包括应急返回和正常返回落点的两种人工控制，有了人工控制，航天员可根据指令控制落点范围，为快速营救和及时回收提供必要条件。
目前，对载人航天器中的控制问题已形成的一般概念如表1 所示。
对人-机界面的一般要求
进行人工控制时，航天员要获取有关载人航天器的控制信息，就必须通过相应的显示器或显示装置，而要执行决策、进行控制，就必须通过相应的控制器。显示器的输出是有关被控对象的信息，是对航天员的信息输入。他据此作出判断、决策，下达控制指令，形成控制器的输入。控制器把指令传给载人航天器，其运动状态发生变化后通过反馈传送到显示器，这就是整个人工控制系统的运行过程。由此可以看出，一个典型的人工控制系统是由航天员、载人航天器(被控对象)、显示器、控制器和反馈回路构成的，其中显示器和控制器便构成为人-机界面，如图1所示。
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根据航天工效学的基本理论，载人航天器人工控制系统人-机界面要能确保航天员的工作能力得到充分可靠地发挥。对控制器而言，其形状尺寸、操作力大小与特性以及安装位置等方面应满足工效学要求，显示器应显示快速及时，信息清楚、明确、充分且最好有多通道信息传递方式[7]。按照显示器与控制器的不同类型，我们将其人-机界面的工效学要求归纳如下。
(1) 视觉显示器界面设计应考虑以下因素。
安装位置：即安装位置距观察点的远近、高低、左右。
安装方向：显示面与操作者视线的夹角应尽可能垂直，不应小于60°。
显示精度：能够显示出的最小差异或最小变化，要根据显示器功能和航天员的特性决定。它直接决定着航天员的判读精确性，也直接影响其控制效果。
显示速度：从状态变化到显示出这种变化所需时间，亦称响应速度，显示应是实时的。
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准确度：指显示状态与实际状态的差别。
字符：文字、数字、符号、图形等的形状、大小；笔画的粗细、间距；指针、刻度、标尺的粗细、长短，都与判读难度有关，必须达到一定标准。
光学要求：字符与背景的亮度、对比度及颜色、照明水平、方式等也影响可读性。
(2) 听觉显示器界面设计应考虑以下因素。
显示分级：应根据与人生存安全关系的大小和航天员参与程度分几个不同级别的显示(如应急告警、告警、注意与提示)。
可懂度：主要指语音信号可以被理解的程度。语句太长浪费时间，太短又含义不明。因此，字词长短要合适， 字、词、语句间距要适当。
抗噪声能力：尽量躲开或减小噪声的干扰。
, 百拇医药
音量：声音大小要根据扬声器距离、舱内容积、噪声水平、使用目的等因素决定。例如，对应急告警的听觉显示，舱内所有人员都应感知到，睡眠中的人员也能被叫醒。而对告警的听觉显示，要保证至少有一个人总能收到告警信号，根据警告程度决定是否叫醒睡眠者。
频响：发出声音的频率范围，各种听觉显示信号均不应增加航天员的精神负荷及恐慌感。
人的操作：对听觉信号进行人工控制的响应虽然不同，但都是预先规定好的动作，如，对应急告警和告警的听觉信号，人工控制是为提高系统安全可靠性而进行的一个备份，而对注意与提示信号来说，进行人工控制响应则是主要操作。
控制器的人-机界面设计要求
控制器是航天员为了执行某种任务，实现某种功能，改变某些参数或状态，传送某种指令需要进行操作的机构或装置，包括操纵杆、旋钮、曲柄以及联动开关等，它们的工效学设计要考虑的因素如下。
, 百拇医药
图1 载人航天器中的人-机界面
Fig.1 Man-machine interface of manned spacecraft
形状、尺寸：控制器的形状和尺寸必须与其功能、操作方式相匹配，符合使用要求。另外，设计时还应考虑到一些特殊条件的影响，如是否戴手套，失、超重条件，振动条件等。
活动范围：转动角度或移动行程要合理，在极限位置要加限位机构。如操纵杆绕Y轴转动±(20°～30°)，绕X轴±(20°～30°)，绕Z轴±(40°～48°)。
操作力：不同的操作方式要求航天员用不同的身体部位进行操作，操作力必须与航天员身体部位相匹配，过大、过小都会产生不良的作用。
防护措施：为确保安全，应加防护措施，防止误动。即操纵装置的设计与安装应确保其不易受到意外的碰动，尤其对关键性的控制器，要采取加保护罩、加围栏、加联锁机构等措施。
, 百拇医药
安装位置：要把最重要的控制器安装在最易操作的位置上，所有控制器都应安装在航天员能够触及并能进行操作的位置上。
编码：对不同的控制器，可进行颜色或形状编码，便于航天员用视觉或触觉进行快速分辩。
间隔：要根据功能、特性、戴与不戴手套等因素，确定合适的间隔。
颜色与对比度：控制器与面板应有不同的颜色、良好的对比度。
响应与状态指示：控制器的即时状态必须明确显示，航天员可快速判定，迅速决策，这样可加快操作速度，对于需要快速操作的控制器，更应如此。航天员执行操作后，控制器动作状态改变时，应给航天员以明确的反馈，如声响、指示灯等。同时，要有不同的难度操作要求，如姿态控制，提供速度控制(易)和加速度控制(难)两种方式。
结束语
, http://www.100md.com
为了完成空间飞行任务，航天员、载人航天器和舱内外环境共同构成为一个典型的人-机-环境系统。在该系统中，航天员要完成监视、控制和决策等基本功能。进行人工控制设计的重要目的是最大限度地发挥和利用航天员的主观能动性，最大限度地简化载人航天器的自动控制系统、复杂性和减轻重量，特别是当载人航天器的自动控制失灵时，航天员能运用人工控制返回地面，确保飞行的圆满成功。我们认为，树立工效学总体设计观念，参与顶层设计，并进行各级工效学评审是提高载人航天器安全可靠性的有效技术途径。
如何进行人工控制工效设计是载人航天器系统总体设计的最基本决策，它直接影响着系统的人-机界面设计，并在很大程度上决定着实际执行飞行任务中人和机器的相互作用。为此，国外在这方面采取超前任务5～10年开展预先研究的办法。载人航天技术特别是长期载人飞行技术是当今世界航天技术发展的重要方向，因此，应提前研究长期航天情况下影响人体机能的各种因素，以便最优地设计人工控制系统，要统筹安排，应树立系统总体的观念，加强工效学在载人航天器工程总体设计中的作用，只有这样，才会对提高载人航天器系统的有效性、安全可靠性以及降低系统的支持费用等方面起到重要的作用。
, 百拇医药
[参考文献]
[1] Nicogissia AE.NASA life sciences strategy and operation considerations[M].Washington DC：NASA Headquaters,1988：18～29
[2] Brody AR.Space operation and the human factors[J].Aerospace America, 1993, 18(10)：18～20
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, 百拇医药
吴国兴.人在航天中的作用[J].航天医学与医学工程，1989，2(2)：136～139
[5] Brody AR.Human operation in spaceflight[J].Aerospace of America, 1995,12(3)：23～35
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收稿日期：1999-11-23, 百拇医药