El entrenamiento de astronautas describe el complejo proceso de preparación de los astronautas en regiones de todo el mundo para sus misiones espaciales antes, durante y después del vuelo, que incluye pruebas médicas, [1] entrenamiento físico, [2] entrenamiento en actividades extravehiculares (EVA), procedimientos entrenamiento, proceso de rehabilitación, [3] así como entrenamiento sobre experimentos que realizarán durante su estadía en el espacio.
Se han integrado instalaciones de entrenamiento físico y virtual para familiarizar a los astronautas con las condiciones que encontrarán durante todas las fases del vuelo y prepararlos para un entorno de microgravedad. [4] Se deben tener consideraciones especiales durante el entrenamiento para garantizar una misión segura y exitosa, razón por la cual los astronautas del Apolo recibieron capacitación para el trabajo de campo de geología en la superficie lunar y por la cual se están realizando investigaciones sobre las mejores prácticas para futuras misiones extendidas, como el viaje a Marte.
La selección y el entrenamiento de astronautas son procesos integrados para garantizar que los miembros de la tripulación estén calificados para misiones espaciales. [5] El entrenamiento se clasifica en cinco objetivos para capacitar a los astronautas en los aspectos generales y específicos: entrenamiento básico, entrenamiento avanzado, entrenamiento específico de la misión, entrenamiento a bordo y entrenamiento de mantenimiento de competencia. [6] Durante la formación básica , los alumnos deben aprender medicina, idiomas, robótica y pilotaje, ingeniería de sistemas espaciales, organización de sistemas espaciales y las siglas en ingeniería aeroespacial . Si bien entre el 60% y el 80% de los astronautas experimentarán mareos por movimiento espacial, que incluyen palidez, sudoración fría, vómitos y anorexia, [7] se espera que los candidatos a astronautas superen la enfermedad. Durante el entrenamiento avanzado y el entrenamiento específico de la misión, los astronautas aprenderán sobre el funcionamiento de sistemas específicos y las habilidades requeridas asociadas con sus posiciones asignadas en una misión espacial. La capacitación específica de la misión generalmente requiere 18 meses para completarla para las tripulaciones del transbordador espacial y la Estación Espacial Internacional . [6] Es importante garantizar el bienestar y la salud física y mental de los astronautas antes, durante y después del período de la misión. El mantenimiento de competencia tiene como objetivo ayudar a los miembros de la tripulación a mantener un nivel mínimo de desempeño, incluyendo temas como actividad extravehicular, robótica, lenguaje, buceo y entrenamiento de vuelo. [6]
Los efectos del lanzamiento y el aterrizaje tienen varios efectos en los astronautas, siendo los efectos más significativos que ocurren el mareo por movimiento espacial , [7] intolerancia ortostática y eventos cardiovasculares .
El mareo por movimiento espacial es un evento que puede ocurrir a los pocos minutos de estar en entornos de gravedad cambiante (es decir, de 1 g en la Tierra antes del lanzamiento a más de 1 g durante el lanzamiento, y luego de la microgravedad en el espacio a la hipergravedad durante el reingreso y nuevamente a 1 g después). aterrizaje). Los síntomas van desde somnolencia y dolores de cabeza hasta náuseas y vómitos. Hay tres categorías generales de mareos por movimiento espacial:
Aproximadamente tres cuartas partes de los astronautas experimentan mareos por movimiento espacial, cuyos efectos rara vez duran más de dos días. Existe el riesgo de sufrir mareos después de un vuelo, aunque esto sólo es significativo después de misiones espaciales de larga duración.
Después del vuelo, tras la exposición a la microgravedad, el sistema vestibular , situado en el oído interno, se altera debido a la falta de respuesta de los otolitos , inducida por la microgravedad , que son pequeñas concreciones calcáreas que detectan las posturas corporales y son responsables de garantizar el equilibrio adecuado. En la mayoría de los casos, esto conduce a algunas ilusiones posturales posteriores al vuelo.
Los eventos cardiovasculares representan factores importantes durante las tres fases de una misión espacial. Se pueden dividir en:
Los astronautas reciben formación para prepararse para las condiciones de lanzamiento, así como para el duro entorno del espacio. Esta capacitación tiene como objetivo preparar a la tripulación para eventos que se dividen en dos categorías amplias: eventos relacionados con el funcionamiento de la nave espacial (eventos internos) y eventos relacionados con el entorno espacial (eventos externos).
Durante el entrenamiento, los astronautas se familiarizan con los sistemas de ingeniería de la nave espacial, incluida la propulsión de la nave , el control térmico de la nave y los sistemas de soporte vital . Además de esto, los astronautas reciben formación en mecánica orbital , experimentación científica, observación de la Tierra y astronomía . Este entrenamiento es particularmente importante para misiones en las que un astronauta se encontrará con múltiples sistemas (por ejemplo, en la Estación Espacial Internacional (ISS)). El entrenamiento se realiza con el fin de preparar a los astronautas para eventos que puedan representar un peligro para su salud, la salud de la tripulación o la finalización exitosa de la misión. Este tipo de eventos pueden ser: falla de un sistema de soporte vital crítico, despresurización de la cápsula, incendio y otros eventos que amenazan la vida. Además de la necesidad de entrenarse para eventos peligrosos, los astronautas también necesitarán entrenarse para garantizar la finalización exitosa de su misión. Esto podría ser en forma de capacitación para EVA, experimentación científica o pilotaje de naves espaciales.
Los acontecimientos externos se refieren más ampliamente a la capacidad de vivir y trabajar en el entorno extremo del espacio. Esto incluye la adaptación a la microgravedad (o ingravidez ), el aislamiento, el confinamiento y la radiación . Las dificultades asociadas con vivir y trabajar en microgravedad incluyen desorientación espacial , mareos y vértigo . Durante las misiones de larga duración, los astronautas suelen experimentar aislamiento y confinamiento. Se sabe que esto limita el desempeño de las tripulaciones de astronautas y, por lo tanto, el entrenamiento tiene como objetivo preparar a los astronautas para tales desafíos. [8] Los efectos a largo plazo de la radiación en las tripulaciones aún se desconocen en gran medida. Sin embargo, se teoriza que los astronautas en un viaje a Marte probablemente recibirán más de 1000 veces la dosis de radiación que una persona típica en la Tierra. [9] Por ello, la formación presente y futura debe incorporar sistemas y procesos de protección de los astronautas contra la radiación.
Históricamente, la experimentación científica ha sido un elemento importante de los vuelos espaciales tripulados y es el objetivo principal de la Estación Espacial Internacional. La formación sobre cómo llevar a cabo con éxito estos experimentos es una parte importante del entrenamiento de los astronautas, ya que maximiza el retorno científico de la misión. Una vez en órbita, la comunicación entre los astronautas y los científicos en tierra puede ser limitada y el tiempo se distribuye estrictamente entre las diferentes actividades de la misión. Es vital que los astronautas estén familiarizados con los experimentos asignados para poder completarlos en el momento oportuno, con la menor intervención desde tierra posible.
Para las misiones a la ISS, cada astronauta debe dominar cien o más experimentos. Durante el entrenamiento, los científicos responsables de los experimentos no tienen contacto directo con los astronautas que los llevarán a cabo. En lugar de ello, los científicos instruyen a entrenadores que, a su vez, preparan a los astronautas para llevar a cabo el experimento. Gran parte de esta formación se realiza en el Centro Europeo de Astronautas.
En el caso de los experimentos con humanos, los científicos describen sus experimentos a los astronautas, quienes luego eligen si desean participar a bordo de la ISS. Para estos experimentos, los astronautas serán evaluados antes, durante y después de la misión para establecer una línea de base y determinar cuándo el astronauta regresó a la línea de base.
El entrenamiento en realidad virtual para astronautas tiene como objetivo brindar a los candidatos a astronautas una experiencia de entrenamiento inmersiva. La realidad virtual se ha explorado como una tecnología para exponer artificialmente a los astronautas a las condiciones y procedimientos espaciales antes de ir al espacio. Utilizando la realidad virtual, los astronautas pueden ser entrenados y evaluados en la realización de una EVA (actividad extravehicular) con todo el equipamiento necesario y características ambientales simuladas. Esta moderna tecnología también permite cambiar el escenario sobre la marcha, por ejemplo, para probar protocolos de emergencia. [10] Los sistemas de entrenamiento de realidad virtual pueden reducir los efectos del mareo por movimiento espacial mediante un proceso de habituación. El entrenamiento de realidad virtual previo al vuelo puede ser una contramedida para el mareo por movimiento espacial y la desorientación debido a la ingravidez del entorno de microgravedad. [11] Cuando el objetivo es actuar como una herramienta de práctica, la realidad virtual se explora comúnmente junto con la robótica y hardware adicional para aumentar el efecto de inmersión o el compromiso del alumno. [12]
En la NASA, tras la fase de selección, los llamados "AsCans" (candidatos a astronauta) deben someterse a hasta dos años de formación para convertirse en astronautas plenamente cualificados. Inicialmente, todos los AsCan deben pasar por una capacitación básica para aprender habilidades tanto técnicas como sociales. Hay 16 cursos técnicos diferentes en:
Inicialmente, los AsCan pasan por un entrenamiento básico, donde reciben capacitación sobre los sistemas Soyuz y ISS, la seguridad y las operaciones de vuelo, así como la supervivencia en tierra o agua. "Los pilotos AsCans recibirán entrenamiento en el Jet de entrenamiento T-38 de la NASA ". Además, como la exploración espacial moderna la realiza un consorcio de diferentes países y es un área muy visible públicamente, los astronautas recibieron formación profesional y cultural, así como cursos de idiomas (especialmente en ruso ). [13]
Una vez finalizado el Entrenamiento Básico, los candidatos pasan al Entrenamiento Avanzado de la NASA. Los AsCans se entrenan en modelos de tamaño natural para tener una idea de lo que harán en el espacio. Esto se hizo mediante el uso del Shuttle Training Aircraft mientras aún estaba operativo y mediante maquetas de simulación. El avión de entrenamiento del transbordador fue utilizado exclusivamente por el comandante y los pilotos astronautas para prácticas de aterrizaje hasta el retiro del transbordador, mientras que todos los candidatos utilizan las instalaciones avanzadas del sistema de simulación para aprender a trabajar y cumplir con éxito sus tareas en el entorno espacial. Los simuladores y las instalaciones de entrenamiento EVA ayudan a los candidatos a prepararse mejor para las diferentes operaciones de su misión. En particular, las cámaras de vacío , los vuelos parabólicos y las instalaciones de flotabilidad neutra (NBF) permiten a los candidatos aclimatarse al entorno de microgravedad , particularmente para EVA. La realidad virtual también se utiliza cada vez más como herramienta para sumergir a los AsCan en el entorno espacial. [13] [14]
La fase final es el Entrenamiento Intensivo. Comienza unos tres meses antes del lanzamiento, preparando a los candidatos para la misión asignada. Las simulaciones integradas específicas de vuelo están diseñadas para proporcionar un campo de pruebas dinámico para las reglas de la misión y los procedimientos de vuelo. La formación final conjunta de la tripulación y el controlador de vuelo del Entrenamiento Intensivo se lleva a cabo en paralelo con la planificación de la misión. En esta fase es donde los candidatos recibirán capacitación operativa específica de la misión, así como experiencia con los experimentos asignados. También se incluye la formación de oficiales médicos de tripulación para intervenir eficazmente con acciones proactivas y reactivas en caso de problemas médicos. [13]
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Un AsCan puede tardar hasta dos años en obtener la calificación formal como astronauta. Normalmente, el proceso de formación se completa con diversas instalaciones de formación disponibles en la NASA: [15] Las instalaciones de formación espacial intentan replicar o simular la experiencia de los vuelos espaciales en una nave espacial de la forma más fiel y realista posible. Esto incluye réplicas de cabinas de pilotos de tamaño real montadas sobre arietes hidráulicos y controladas por tecnología informática de última generación ; elaborados tanques de agua para simulación de ingravidez ; y dispositivos utilizados por los científicos para estudiar la física y el medio ambiente del espacio exterior.
El entrenamiento de astronautas en Europa lo lleva a cabo el Centro Europeo de Astronautas (EAC), con sede en Colonia , Alemania . La formación europea tiene tres fases: Formación Básica, Formación Avanzada y Formación Incremental Específica.
Para todos los astronautas seleccionados por la ESA, el entrenamiento básico comienza en la sede de la EAC. Esta sección del ciclo formativo cuenta con cuatro bloques formativos diferenciados que tienen una duración de 16 meses. Los astronautas recibirán orientación sobre las principales naciones con capacidad espacial, sus agencias espaciales y todos los principales programas espaciales tripulados y no tripulados. La formación en esta fase también analiza las leyes y políticas aplicables del sector espacial. Se introducen conceptos básicos técnicos (incluida la ingeniería, astrodinámica , propulsión, mecánica orbital, etc.) y científicos (incluida la fisiología humana , la biología , la observación de la Tierra y la astronomía) para garantizar que todos los nuevos astronautas tengan el nivel básico de conocimientos requerido. Se realiza capacitación sobre las operaciones e instalaciones de la ISS, incluida una introducción a todos los principales sistemas operativos a bordo de la ISS que son necesarios para su funcionalidad como laboratorio de investigación espacial tripulado. Esta fase también cubre operaciones de sistemas en profundidad para todas las naves espaciales que dan servicio a la ISS (por ejemplo, Soyuz, Progress , Vehículo de Transferencia Automática ( ATV ) y el Vehículo de Transferencia H-II ( HTV )), así como el control en tierra y la capacitación en instalaciones de lanzamiento. . Esta fase de formación también se centra en habilidades como operaciones robóticas , encuentro y atraque , cursos de idioma ruso, comportamiento y rendimiento humano y, finalmente, un curso de buceo en aguas abiertas PADI . Este curso de buceo proporciona formación básica en EVA en el NBF de la ESA antes de pasar a las instalaciones de formación más grandes de la NASA en el Centro Espacial Lyndon B. Johnson .
La formación avanzada incluye una mirada mucho más profunda a la ISS, incluido el aprendizaje de cómo dar servicio y operar todos los sistemas. En este momento también se implementa una capacitación científica mejorada para garantizar que todos los astronautas puedan realizar experimentos científicos a bordo de la ISS. Esta fase tarda alrededor de un año en completarse y la formación se completa en toda la red de socios de la ISS, no sólo en la EAC. Sólo al finalizar esta fase se asigna a los astronautas a un vuelo espacial.
El entrenamiento incremental específico comienza solo después de que un astronauta ha sido asignado a un vuelo. Esta fase dura 18 meses y los prepara para su rol en la misión asignada. Durante esta fase, los miembros de la tripulación y los equipos de respaldo entrenarán juntos. Las tareas de la tripulación en la ISS se adaptan individualmente, teniendo en cuenta la experiencia particular y la formación profesional del astronauta. Hay tres niveles de usuario diferentes para todos los equipos a bordo (es decir, nivel de usuario, nivel de operador y nivel de especialista). Un miembro de la tripulación puede ser un especialista en sistemas y al mismo tiempo ser solo operador o usuario de otros, por lo que el programa de formación se adapta individualmente. La formación incremental específica también incluye formación para afrontar situaciones anormales. Los astronautas también aprenderán a realizar los experimentos programados específicamente para las misiones asignadas.
El entrenamiento de los cosmonautas se divide en tres fases: entrenamiento espacial general, entrenamiento en grupo y entrenamiento de tripulación. [19] El entrenamiento espacial general dura aproximadamente dos años y consiste en clases, entrenamiento de supervivencia y un examen final que determina si un cosmonauta será un cosmonauta de prueba o de investigación. El próximo año se dedica a la formación en grupo, donde los cosmonautas se especializan en la Soyuz o la ISS, además de en habilidades profesionales. Las fases finales, la fase de Entrenamiento de la tripulación, dura un año y medio y está dedicada a procedimientos detallados de operaciones de vehículos, entrenamiento en la ISS y el idioma inglés .
El entrenamiento se lleva a cabo principalmente en el Centro de Entrenamiento de Cosmonautas Yuri Gagarin . Las instalaciones del centro cuentan con maquetas a tamaño real de las principales naves espaciales soviéticas y rusas, incluida la ISS. Al igual que los astronautas de la ISS, los cosmonautas se entrenan en EE. UU., Alemania, Japón y Canadá para recibir capacitación específica en los distintos módulos de la ISS.
Históricamente, el programa japonés de vuelos espaciales tripulados se ha centrado en entrenar astronautas para misiones del transbordador espacial. Como tal, el entrenamiento tuvo lugar anteriormente en el Centro Espacial Lyndon B. Johnson de la NASA, y siguió al de los astronautas de la NASA y otros participantes internacionales en el programa del Transbordador Espacial.
Desde el desarrollo de las instalaciones de formación nacionales en el Centro Espacial Tsukuba , la formación se ha realizado cada vez más en Japón. Con la participación de Japón en la ISS, la formación de los astronautas japoneses sigue una estructura similar a la de otros socios de la ISS. Los astronautas llevan a cabo 1,5 años de formación básica principalmente en Tsukuba, seguidos de 1,5 a 2 años de formación avanzada en Tsukuba y en los sitios asociados de la ISS. En el Centro Espacial Tsukuba también se llevará a cabo el entrenamiento para cualquier astronauta internacional de la ISS que utilice el módulo Kibo . [20]
Al entrenamiento avanzado le sigue el entrenamiento incremental específico, que, junto con cualquier entrenamiento Kibo, se llevará a cabo en Tsukuba. El entrenamiento EVA para Kibo se lleva a cabo en el Sistema de prueba de entorno ingrávido (WETS). WETS es una instalación de flotabilidad neutra que presenta una maqueta a escala real del módulo Kibo de la ISS. [21] El Centro Espacial Tsukuba también incluye instalaciones médicas para evaluar la idoneidad de los candidatos, una cámara de aislamiento para simular algunos de los factores estresantes mentales y emocionales de los vuelos espaciales de larga duración y una cámara hipobárica para entrenar en escenarios de rotura del casco o falla del sistema de soporte vital resultantes. en una reducción o pérdida de presión del aire. [22]
Aunque no están disponibles los detalles oficiales del proceso de selección para el programa Shenzhou , lo que sí se sabe es que los candidatos son elegidos por la Administración Nacional Espacial China entre la fuerza aérea china y deben tener entre 25 y 30 años de edad, con un mínimo de 800 horas de vuelo y una educación de nivel universitario. Los candidatos deben tener entre 160 cm y 172 cm de altura y entre 50 kg y 70 kg de peso. [23]
Para los astronautas de Shenzhou de China, la formación comienza con un programa de educación de un año de duración sobre los conceptos básicos de los vuelos espaciales. Durante este período, los candidatos también conocen la fisiología y la psicología humanas. La segunda fase de la formación, que durará casi tres años, implica una amplia formación en el pilotaje del vehículo Shenzhou en modo nominal y de emergencia. La tercera y última etapa de la capacitación es la capacitación específica para la misión y dura aproximadamente 10 meses. Durante esta fase del entrenamiento, los astronautas se entrenan en el entrenador de alta fidelidad Shenzhou, así como en la Instalación de Flotabilidad Neutral ubicada en el Centro de Astronautas de China (ACC), en Beijing . Además del tiempo pasado en la Instalación de Flotabilidad Neutral (NBF), el entrenamiento para EVA se lleva a cabo en una cámara de alto vacío y baja temperatura que simula las condiciones ambientales del espacio. En todas las etapas del entrenamiento, los astronautas pasan por un acondicionamiento físico, incluido un tiempo en una centrífuga humana ubicada en el ACC y un programa de vuelos de microgravedad, realizado en Rusia. [24]
El programa indio de vuelos espaciales tripulados aún espera una aprobación formal. Una vez aprobada, se espera que la misión lleve a dos indios en un vehículo orbital tipo Soyuz a la órbita terrestre baja . El entrenamiento de estos astronautas debe basarse en las lecciones aprendidas del entrenamiento del único comandante de ala cosmonauta de la India, Rakesh Sharma ( ver Salyut-7, 1984 ) y a través de la cooperación internacional de la India con la NASA y Roscosmos. India podría continuar con su programa de vuelos espaciales tripulados por su cuenta, lo que requeriría que la Organización de Investigación Espacial de la India ( ISRO ) desarrollara su propio programa de capacitación. India planea construir una instalación de entrenamiento de astronautas y un centro de ingeniería biomédica a entre 8 y 10 kilómetros del Aeropuerto Internacional Kempegowda. Esta instalación se utilizará para el futuro entrenamiento de astronautas, ya que el entrenamiento para la primera misión tripulada de la India tendrá lugar en Estados Unidos o Rusia. El centro de Kempegowda contará con cámaras para regulación de radiación, entrenamiento de ciclos térmicos y aceleración centrífuga. [25]
Si bien la primera generación de astronautas de vuelos espaciales no gubernamentales probablemente realizará trayectorias suborbitales, actualmente compañías como Virgin Galactic y Xcor Aerospace están desarrollando programas patentados de entrenamiento de astronautas suborbitales. [26] [27] [28]
Los astronautas para misiones a largo plazo, como aquellas a la Luna o Marte , necesitan llevar a cabo múltiples tareas y deberes, porque en dichas misiones los astronautas necesitarán funcionar en gran medida de forma autónoma y deberán ser competentes en muchas áreas diferentes. Para este tipo de misiones, la capacitación para preparar a los astronautas probablemente incluirá capacitación como médicos , científicos , ingenieros, técnicos , pilotos y geólogos . Además, se prestará atención a los aspectos psicológicos de las misiones de larga duración en las que la tripulación está en gran medida aislada. [29]
Actualmente, una misión de seis meses a la ISS requiere hasta cinco años de entrenamiento de astronautas. Este nivel de formación es de esperar y probablemente se ampliará para futuras misiones de exploración espacial. También puede incluir aspectos de formación en vuelo. Es posible que en el futuro la ISS se utilice como centro de entrenamiento de astronautas de larga duración.
Una poderosa herramienta para el entrenamiento de astronautas será el uso continuo de entornos analógicos, incluidas las Operaciones de Misión de Medio Ambiente Extremo de la NASA ( NOAA NEEMO ), los Estudios de Tecnología y Investigación del Desierto de la NASA ( Desert RATS ), Envihab (planificado), la Unidad de Investigación Análoga de Vuelo, Haughton-Mars. Proyecto ( HMP ), o incluso la ISS (en vuelo). De hecho, en NEEMO se han entrenado un total de 15 astronautas de misión (conocidos como acuanautas ) para futuras misiones a asteroides. [30] El uso de la realidad virtual también seguirá utilizándose como medio para entrenar a los astronautas de manera rentable, en particular para operaciones como la actividad extravehicular ( EVA ).
Estas misiones no son completamente independientes sin la presencia de robots. Esto abre una nueva vía hacia la interacción humano-robot que debe comprenderse y practicarse a fondo para desarrollar una relación armoniosa entre astronautas y robots. Estos robots ayudarían a los astronautas a convertirse en sus asistentes personales de la próxima generación de exploradores de entornos extremos. Actualmente hay un robot en la ISS que ayuda a los astronautas en sus gigantescas tareas con un toque humano. La capacitación en interacción intercultural y de robots humanos es la necesidad del momento para misiones de larga duración.
También es necesario evolucionar el entrenamiento para futuros alunizajes y una misión humana a Marte . [31] Factores como la dinámica de la tripulación, el tamaño de la tripulación y las actividades de la tripulación juegan un papel crucial, ya que estas misiones durarían desde un año a la Luna hasta tres años en Marte. La formación necesaria para este tipo de misiones debe ser versátil y fácil de aprender, adaptar e improvisar.
Un viaje a Marte requerirá que los astronautas permanezcan en la cápsula de la tripulación durante nueve meses. [32] La monotonía y el aislamiento del viaje presentan nuevos desafíos psicológicos. El largo período pasado en la cápsula de la tripulación es comparable a otras formas de confinamiento solitario, como en submarinos o bases antárticas. Estar en un entorno aislado y confinado genera estrés, conflictos interpersonales y otros problemas mentales y de conducta. [33] Sin embargo, se ha demostrado que el paisaje natural y la comunicación con los seres queridos relajan y disminuyen estos efectos. Se está investigando como solución para la salud conductual una Red de Interacciones Sociales para la Mejora Bilateral de la Vida (ANSIBLE), que proporciona escenarios naturales y socialización en un entorno de realidad virtual. [34]
Los investigadores están investigando cómo se pueden ajustar las herramientas de salud mental actuales para ayudar a la tripulación a enfrentar los factores estresantes que surgirán en un entorno confinado y aislado (ICE) durante misiones prolongadas. [35] La Estación Espacial Internacional utiliza un sistema de gestión de conflictos de comportamiento conocido como Estación Espacial Virtual (VSS) para minimizar los conflictos entre los miembros de la tripulación y abordar los desafíos psicológicos. [36] El programa tiene módulos que se centran en el manejo de relaciones, el estrés y la depresión que guían a los astronautas a través de una sesión de terapia virtual en el espacio. [35]
Las tecnologías de realidad virtual se lanzaron comercialmente por primera vez en la década de 1990. No fue hasta entonces que la gente se dio cuenta de que la realidad virtual se puede utilizar para entrenar astronautas. Los equipos de realidad virtual anteriores para el entrenamiento de astronautas están dedicados a mejorar la comunicación entre los operadores del brazo robótico y el astronauta durante las actividades extravehiculares (EVA). Reúne en vivo a los miembros de la tripulación de EVA y a los operadores de brazos robóticos, incluso cuando están a bordo de una nave espacial. [37] También se utiliza para reemplazar algunos de los modelos de gran tamaño que no caben en el Laboratorio de flotabilidad neutra (NBL).
En 1993, los astronautas fueron entrenados y evaluados para trabajar en el Telescopio Espacial Hubble a través de una herramienta de entrenamiento de realidad virtual, Investigación en Aspectos de Factores Humanos de Entornos Virtuales Mejorados para Entrenamiento y Simulación EVA (RAVEN). Sin embargo, el objetivo de RAVEN no era entrenar astronautas sino evaluar la eficacia del entrenamiento utilizando la realidad virtual frente al submarino y otras configuraciones. [38]
A lo largo de los años de desarrollo tecnológico en realidad virtual, el hardware del laboratorio de realidad virtual de la NASA también ha mejorado significativamente. Se están renovando tanto el material como la resolución de la pantalla: [37]
La realidad virtual también se ha adoptado en una gama mucho más amplia de campos de la exploración espacial a lo largo de la historia de la renovación tecnológica. Las aplicaciones más nuevas de la realidad virtual incluyen, entre otras: [39]
Si bien las instalaciones de entrenamiento de actividades extravehiculares (EVA) pueden simular las condiciones espaciales, incluidas la presión y la iluminación, el entorno Micro-g no se puede reconstruir completamente en el entorno 1-G de la Tierra. [40] La realidad virtual se utiliza durante el entrenamiento EVA para aumentar la inmersión del proceso de entrenamiento. El Centro Espacial Johnson de la NASA cuenta con instalaciones como la Instalación de Maquetas de Vehículos Espaciales (SVMF), el Laboratorio de Realidad Virtual (VRL) y el Laboratorio de Flotabilidad Neutral (NBL).
El SVMF utiliza el simulador de gravedad parcial (PGS) y el piso con soporte de aire (PABF) para simular la gravedad cero y los efectos de las leyes de movimiento de Newton . [41] Sistemas de entrenamiento similares se originaron a partir del entrenamiento Apollo y Gemini. La realidad virtual mejora los sentidos de un astronauta durante módulos de entrenamiento como operaciones de desconexión rápida de fluidos, caminatas espaciales y reparaciones del sistema de protección térmica (TPS) del transbordador espacial del orbitador. [41]
El Laboratorio de Realidad Virtual de la NASA utiliza la realidad virtual para complementar la Ayuda Simplificada para Rescate EVA (SAFER) como ayuda simplificada. La capacitación en realidad virtual ofrece una simulación gráfica tridimensional de la Estación Espacial Internacional (ISS) con auriculares, guantes de retroalimentación háptica y rastreador de movimiento. [42] En 2018, dos astronautas de la Expedición 55, Richard R. Arnold y Andrew J. Feustel , recibieron entrenamiento en realidad virtual y realizaron la caminata espacial número 210. [43] El Laboratorio de Realidad Virtual ofrece a los astronautas una experiencia inmersiva de realidad virtual para paseos espaciales antes del lanzamiento al espacio. El proceso de entrenamiento combina un programa de representación gráfica que replica la ISS y un dispositivo llamado Charlotte Robot que permite a los astronautas explorar visualmente su entorno mientras interactúan con un objeto. El robot Charlotte es un dispositivo simple con un brazo de metal adjunto al costado que permite al usuario interactuar con el dispositivo. El usuario usa guantes de retroalimentación háptica con sensores de fuerza que envían señales a una computadora central. [44] En respuesta, la computadora central maniobra el dispositivo usando una red de cables y calcula cómo actuaría en el espacio a través de la física. [45] Si bien los objetos no pesan en el espacio, un astronauta debe estar familiarizado con las fuerzas de inercia de un objeto y comprender cómo responderá a movimientos simples para evitar perderlo en el espacio. [44] [46] La formación se puede completar de forma individual o en pareja. Esto permite a los astronautas aprender a interactuar con la masa y los momentos de inercia en un entorno de microgravedad. [45]
El Laboratorio de Flotabilidad Neutra (NBL) tiene ventajas a la hora de simular un entorno de gravedad cero y reproducir la sensación de flotar en el espacio. El método de entrenamiento se logra mediante la construcción de un entorno de baja gravedad manteniendo la flotabilidad natural en una de las piscinas más grandes del mundo. La piscina de la NBL utilizada para practicar actividades extravehiculares o caminatas espaciales tiene 62 metros (203 pies) de largo, 31 metros (102 pies) de ancho y 12 metros (39 pies) de profundidad, [15] con una capacidad de 6,2 millones de galones. [47] Los cascos de realidad virtual con pantalla montada en la cabeza bajo el agua se utilizan para proporcionar información visual durante el entrenamiento con una velocidad de fotogramas de 60 fps y una resolución de pantalla de 1280 por 1440. [47] El sistema de entrenamiento de realidad virtual bajo el agua tiene un costo de entrenamiento reducido debido a la accesibilidad de las aplicaciones de realidad virtual y los astronautas necesitan menos tiempo para completar la tarea de práctica asignada.
A pesar de los módulos de formación de la NASA, la formación en vuelos espaciales comerciales también utiliza tecnología de realidad virtual para mejorar sus sistemas de formación. El equipo de realidad virtual de Boeing desarrolla un sistema de entrenamiento para Boeing Starliner para entrenar a los astronautas en el transporte entre la Tierra y la ISS. El sistema de entrenamiento de realidad virtual puede simular situaciones de alta velocidad y escenarios de emergencia, por ejemplo, lanzamiento, entrada al espacio y aterrizaje en un lugar inesperado. [48]
La reorientación visual es un fenómeno que ocurre cuando la percepción de un objeto cambia debido al cambio del campo visual y las señales. [49] Esta ilusión alterará la percepción del astronauta de la fuerza de orientación de la gravedad y luego perderá la dirección espacial. Los astronautas deben desarrollar una buena conciencia espacial y orientación para superar la reorientación visual. En el tradicional entrenamiento de desorientación, por ejemplo, el Centro de Entrenamiento de Cosmonautas Yuri Gagarin entrena al astronauta simulando un entorno de microgravedad a través de una centrífuga. [6] Por el contrario, el entrenamiento en realidad virtual requiere menos equipo, lo que entrena a los astronautas de manera más económica.
El entrenamiento de realidad virtual utiliza dispositivos de interacción mixtos y realistas, como las cabinas de los simuladores de vuelo, que pueden reducir el malestar de la simulación y aumentar el movimiento del usuario. [50] En comparación con el entrenamiento tradicional, el entrenamiento con realidad virtual funciona mejor para minimizar los efectos del mareo por movimiento espacial y la desorientación espacial. Los astronautas que recibieron entrenamiento en realidad virtual pueden realizar la tarea un 12% más rápido, con una disminución del 53% en los síntomas de náuseas. [11]
Si bien la realidad virtual se utiliza en el entrenamiento de astronautas en tierra, la tecnología inmersiva también contribuye al entrenamiento en órbita. [51] La pantalla de realidad virtual montada en la cabeza puede ayudar al astronauta a mantener el bienestar físico como parte del entrenamiento de mantenimiento de la competencia. [6] [51] Además, los sistemas de realidad virtual se utilizan para garantizar la salud mental de los miembros de la tripulación. Las simulaciones de escenarios sociales pueden mitigar el estrés y establecer la conexión en un entorno aislado y confinado (ICE). [51]
La realidad virtual aclimata a los astronautas a entornos espaciales como la Estación Espacial Internacional antes de abandonar la Tierra. Aunque los astronautas pueden familiarizarse con la ISS durante el entrenamiento en la NBL, sólo pueden ver determinadas secciones de la estación. Si bien prepara a los astronautas para las tareas que realizan en el espacio, no necesariamente les brinda una comprensión espacial completa del diseño de la estación. Ahí es donde la Realidad Virtual juega un papel importante. El Laboratorio de Realidad Virtual utiliza un sistema conocido como programa Dynamic Onboard Ubiquitous Graphics (DOUG) para modelar el exterior de la ISS, incluidas calcomanías, líneas de fluidos y líneas eléctricas, para que la tripulación pueda aclimatarse a su nuevo entorno. [44] El nivel de detalle va más allá del exterior de la estación. Cuando un usuario ingresa al espacio, ve un negro puro hasta que sus pupilas se dilatan y el cielo se llena de estrellas en un fenómeno llamado "efecto de floración". [52]
Si bien la realidad virtual prepara a los astronautas para las tareas desconocidas que enfrentarán en el espacio exterior, el entrenamiento no puede replicar el estrés psicológico y emocional que los astronautas enfrentan a diario. Esto se debe a que las tareas virtuales no tienen las mismas repercusiones que las reales y la tecnología no produce fuertes efectos psicológicos, como la claustrofobia, que suele ocurrir en ambientes cerrados. [53]
Estimular un entorno de microgravedad virtual puede resultar costoso debido a los requisitos de equipos adicionales. A diferencia de la realidad virtual comercializada, el equipo que utiliza la NASA no se puede producir a gran escala porque los sistemas requieren tecnología complementaria. [35] Varios programas de realidad virtual funcionan en combinación con el Laboratorio de flotabilidad neutral o el robot Charlotte en el Laboratorio de realidad virtual, lo que requiere instalaciones costosas y no elimina el componente de viaje que la realidad virtual puede minimizar. [54] El robot Charlotte de la NASA está restringido por cables que simulan el entorno de microgravedad y el Laboratorio de Realidad Virtual sólo tiene dos máquinas en su poder. [44] Este sistema de entrenamiento en particular requiere un sistema de guantera virtual (GVX) que se ha incorporado al entrenamiento en la NASA y el sistema virtual EVA en el Centro de Astronautas de China. [55] Utilizando sensores incrustados en la tela, los guantes pueden detectar cuando el usuario decide agarrar un objeto o soltarlo, pero la tecnología necesita desarrollarse más para integrar movimientos precisos del usuario en programas virtuales. [45] Se ha informado que estos guantes son incómodos y solo capturan movimientos limitados. [53] Los sensores de movimiento de cuerpo completo también se han incorporado al entrenamiento y tienden a ser costosos pero necesarios para tener una retroalimentación táctil efectiva en respuesta a los movimientos de los astronautas. Si bien se han desarrollado programas de realidad virtual que no requieren sensores de cuerpo completo, la ausencia reduce el grado en que un usuario puede interactuar con el mundo virtual. [53]
El objetivo principal de la investigación futura sobre tecnologías de realidad virtual en la exploración espacial es desarrollar un método para simular un entorno de microgravedad. Aunque ha sido un objetivo desde el comienzo del uso de la realidad virtual en el entrenamiento de astronautas, se han logrado avances menores. La configuración actual utiliza una cuerda elástica atada a los pies de una persona, un columpio sujeto al cuerpo y, finalmente, una pantalla de realidad virtual montada en la cabeza. [56] [57] Sin embargo, los participantes en experimentos que utilizan esta configuración para simular entornos de gravedad reducida, solo experimentan la sensación de moverse en el espacio con la ayuda de la realidad virtual, pero la experiencia no se parece a un entorno real de gravedad cero. en el espacio exterior. En concreto, la presión de la cuerda elástica y el columpio debido al propio peso de los participantes crea una sensación irreal y desagradable. [56] La tecnología actual puede ser suficiente para que el público en general experimente cómo es moverse en el espacio, pero aún está lejos de ser utilizada formalmente como herramienta de entrenamiento de astronautas.
Estos esfuerzos de simular la microgravedad tienen el mismo propósito de crear un entorno cada vez más inmersivo para el entrenamiento de astronautas. De hecho, esta es una tendencia en desarrollo para toda la industria de la realidad virtual. La experiencia de realidad virtual definitiva que estamos imaginando eventualmente estará marcada por la eliminación entre el mundo real y el virtual.
A diferencia de los primeros días de los vuelos espaciales, cuando lo que importaba era la habilidad de pilotaje, los astronautas del siglo XXI son elegidos por nuestra capacidad para realizar muchos trabajos diferentes y llevarnos bien con los demás, especialmente en circunstancias estresantes y estrechas durante largos períodos de tiempo. tiempo.
