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, [2] entrenamiento físico, [3] entrenamiento en actividad extravehicular (EVA), entrenamiento de supervivencia en la naturaleza, entrenamiento de supervivencia en el agua, entrenamiento en robótica, entrenamiento de procedimientos, proceso de rehabilitación, [4] así como entrenamiento en 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. [5] Se deben tener en cuenta consideraciones especiales durante el entrenamiento para garantizar una misión segura y exitosa, por lo que los astronautas del Apolo recibieron capacitación para el trabajo de campo de geología en la superficie lunar y por qué se están realizando investigaciones sobre las mejores prácticas para futuras misiones extendidas, como el viaje a Marte.
La selección y el entrenamiento de los astronautas son procesos integrados para garantizar que los miembros de la tripulación estén calificados para las misiones espaciales. [6] El entrenamiento se clasifica en cinco objetivos para entrenar a los astronautas en los aspectos generales y específicos: entrenamiento básico, entrenamiento avanzado, entrenamiento específico para la misión, entrenamiento a bordo y entrenamiento de mantenimiento de competencia. [7] Los aprendices deben aprender medicina, idiomas, robótica y pilotaje, ingeniería de sistemas espaciales, la organización de sistemas espaciales y las siglas de la ingeniería aeroespacial durante el entrenamiento básico. Si bien entre el 60% y el 80% de los astronautas experimentarán mareos espaciales, que incluyen palidez, sudor frío, vómitos y anorexia, [8] se espera que los candidatos a astronautas superen el mareo. Durante el entrenamiento avanzado y el entrenamiento específico para la misión, los astronautas aprenderán sobre el funcionamiento de sistemas específicos y las habilidades requeridas asociadas con sus puestos asignados en una misión espacial. El entrenamiento específico para la misión generalmente requiere 18 meses para completarse para las tripulaciones del Transbordador Espacial y la Estación Espacial Internacional . [7] Es importante garantizar el bienestar y la salud física y mental de los astronautas antes, durante y después del período de misión. El mantenimiento de la competencia tiene como objetivo ayudar a los miembros de la tripulación a mantener un nivel mínimo de desempeño, que incluye temas como la actividad extravehicular, la robótica, el idioma, el buceo y el entrenamiento de vuelo. [7]
Los efectos del lanzamiento y el aterrizaje tienen diversos efectos sobre los astronautas, siendo los más significativos el mareo por movimiento espacial , [8] la intolerancia ortostática y los eventos cardiovasculares .
El mareo por movimiento en el espacio es un fenómeno que puede ocurrir en cuestión de minutos después de estar en entornos con gravedad cambiante (es decir, de 1 g en la Tierra antes del lanzamiento a más de 1 g durante el lanzamiento, y luego de microgravedad en el espacio a hipergravedad durante el reingreso y nuevamente a 1 g después del aterrizaje). Los síntomas varían desde somnolencia y dolores de cabeza hasta náuseas y vómitos. Hay tres categorías generales de mareo por movimiento en el espacio:
Aproximadamente tres cuartas partes de los astronautas sufren mareos durante el vuelo espacial, cuyos efectos rara vez duran más de dos días. Existe el riesgo de mareos después del vuelo, pero solo son importantes después de misiones espaciales de larga duración.
Después del vuelo, tras la exposición a la microgravedad, el sistema vestibular , ubicado en el oído interno, se ve afectado debido a la falta de respuesta inducida por la microgravedad de los otolitos , 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 del lanzamiento y para el duro entorno del espacio. Esta formación tiene como objetivo preparar a la tripulación para los acontecimientos que se enmarcan en dos grandes categorías: acontecimientos relacionados con el funcionamiento de la nave espacial (acontecimientos internos) y acontecimientos relacionados con el entorno espacial (acontecimientos externos).
Durante el entrenamiento, los astronautas se familiarizan con los sistemas de ingeniería de la nave espacial, incluyendo la propulsión de la nave espacial , el control térmico de la nave espacial y los sistemas de soporte vital . Además de esto, los astronautas reciben entrenamiento 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 pueden representar un peligro para su salud, la salud de la tripulación o la finalización exitosa de la misión. Estos tipos de eventos pueden ser: falla de un sistema crítico de soporte vital, despresurización de la cápsula, incendio y otros eventos potencialmente mortales. Además de la necesidad de entrenar para eventos peligrosos, los astronautas también necesitarán entrenarse para asegurar la finalización exitosa de su misión. Esto podría ser en forma de entrenamiento para EVA, experimentación científica o pilotaje de naves espaciales.
Los eventos externos se refieren de manera más amplia 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 misiones de larga duración, los astronautas a menudo experimentarán 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. [9] 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 de una persona típica en la Tierra. [10] Como tal, el entrenamiento presente y futuro debe incorporar sistemas y procesos para proteger a los astronautas contra la radiación.
La experimentación científica ha sido históricamente 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 de la formación de los astronautas, ya que maximiza el rendimiento científico de la misión. Una vez en órbita, la comunicación entre astronautas y científicos en tierra puede ser limitada y el tiempo se reparte estrictamente entre las diferentes actividades de la misión. Es fundamental que los astronautas estén familiarizados con los experimentos que se les han asignado para poder completarlos de manera oportuna, con la menor intervención posible desde tierra.
Para las misiones a la Estación Espacial Internacional, 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, sino que los científicos instruyen a los instructores, quienes a su vez preparan a los astronautas para llevar a cabo el experimento. Gran parte de este entrenamiento se lleva a cabo en el Centro Europeo de Astronautas.
En el caso de los experimentos con seres humanos, los científicos describen sus experimentos a los astronautas, quienes luego deciden si participan o no a bordo de la ISS. En estos experimentos, los astronautas serán sometidos a pruebas antes, durante y después de la misión para establecer una línea de base y determinar cuándo regresaron a ella.
El entrenamiento de realidad virtual para astronautas tiene como objetivo brindarles 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. Mediante la realidad virtual, los astronautas pueden ser entrenados y evaluados en la realización de una EVA (actividad extravehicular) con todo el equipo necesario y las características ambientales simuladas. Esta tecnología moderna también permite cambiar el escenario sobre la marcha, por ejemplo, para probar protocolos de emergencia. [11] Los sistemas de entrenamiento de realidad virtual pueden reducir los efectos del mareo por movimiento espacial a través de 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. [12] 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 la participación del aprendiz. [13]
En la NASA, tras la fase de selección, los llamados "AsCans" (candidatos a astronautas) tienen que realizar hasta dos años de formación para convertirse en astronautas plenamente cualificados. Al principio, todos los AsCans deben realizar una formación básica para aprender tanto habilidades técnicas como blandas. Hay 16 cursos técnicos diferentes en:
Los astronautas AsCan pasan inicialmente por el entrenamiento básico, donde reciben formación sobre los sistemas Soyuz y la ISS, la seguridad y las operaciones de vuelo, así como la supervivencia en tierra y agua. Los astronautas piloto AsCan recibirán entrenamiento en el avión de entrenamiento T-38 de la NASA . Además, debido a que 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 (específicamente en ruso ). [14]
Una vez completado el entrenamiento básico, los candidatos pasan al entrenamiento avanzado de la NASA. Los AsCans son entrenados en modelos de tamaño real para tener una idea de lo que estarán haciendo en el espacio. Esto se hizo mediante el uso del avión de entrenamiento del transbordador mientras aún estaba operativo y se realiza mediante maquetas de simulación. El avión de entrenamiento del transbordador fue utilizado exclusivamente por el comandante y los astronautas piloto para prácticas de aterrizaje hasta el retiro del transbordador, mientras que las instalaciones del sistema de simulación avanzada son utilizadas por todos los candidatos 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 sus diferentes operaciones de 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 una herramienta para sumergir a los AsCans en el entorno espacial. [14] [15]
La fase final es el entrenamiento intensivo, que comienza unos tres meses antes del lanzamiento y prepara a los candidatos para la misión que se les asigne. Se diseñan simulaciones integradas específicas para el vuelo con el fin de proporcionar un campo de pruebas dinámico para las reglas de la misión y los procedimientos de vuelo. El entrenamiento intensivo final conjunto de la tripulación y el controlador de vuelo se lleva a cabo en paralelo con la planificación de la misión. En esta fase, los candidatos recibirán un entrenamiento operativo específico para la misión, así como experiencia con los experimentos que se les asignen. También se incluye el entrenamiento de los oficiales médicos de la tripulación para intervenir eficazmente con acciones proactivas y reactivas en caso de problemas médicos. [14]
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Un astronauta puede tardar hasta dos años en obtener la cualificación formal necesaria para serlo. Por lo general, el proceso de formación se completa en las distintas instalaciones de formación disponibles en la NASA: [16] Las instalaciones de formación espacial tratan de reproducir o simular la experiencia de un vuelo espacial en una nave espacial de la forma más fiel y realista posible. Esto incluye réplicas de cabinas de tamaño real montadas sobre cilindros hidráulicos y controladas por tecnología informática de última generación ; elaborados tanques de agua para simular la ingravidez ; y dispositivos utilizados por los científicos para estudiar la física y el entorno del espacio exterior.
El entrenamiento de astronautas en Europa lo lleva a cabo el Centro Europeo de Astronautas (EAC), con sede en Colonia , Alemania . El entrenamiento europeo consta de tres fases: entrenamiento básico, entrenamiento avanzado y entrenamiento específico de incremento.
Para todos los astronautas seleccionados por la ESA, el entrenamiento básico comienza en la sede de la EAC. Esta sección del ciclo de entrenamiento tiene cuatro bloques de entrenamiento separados que duran 16 meses. Los astronautas recibirán una orientación sobre las principales naciones con capacidad espacial, sus agencias espaciales y todos los principales programas espaciales tripulados y no tripulados. El entrenamiento en esta fase también analiza las leyes y políticas aplicables al sector espacial. Se introducen los conceptos básicos técnicos (incluida la ingeniería, la astrodinámica , la propulsión, la 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. El entrenamiento se realiza en 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 las operaciones de sistemas en profundidad para todas las naves espaciales que prestan servicio a la ISS (por ejemplo, Soyuz, Progress , Automatic Transfer Vehicle ( ATV ) y el H-II Transfer Vehicle ( HTV )), así como el control terrestre y la capacitación en las instalaciones de lanzamiento. Esta fase de formación también se centra en habilidades como operaciones robóticas , encuentros y acoplamiento , cursos de idioma ruso, comportamiento y rendimiento humanos y, por último, un curso de buceo en aguas abiertas PADI . Este curso de buceo proporciona una formación básica para 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 .
El entrenamiento avanzado incluye una mirada mucho más profunda a la ISS, incluido el aprendizaje sobre cómo realizar el mantenimiento y el funcionamiento de todos los sistemas. En este momento también se implementa un entrenamiento científico mejorado para garantizar que todos los astronautas puedan realizar experimentos científicos a bordo de la ISS. Esta fase lleva alrededor de un año en completarse y el entrenamiento se completa en toda la red de socios de la ISS, ya no solo en el EAC. Solo al completar esta fase, los astronautas son asignados a un vuelo espacial.
El entrenamiento específico para el incremento comienza solo después de que un astronauta haya sido asignado a un vuelo. Esta fase dura 18 meses y los prepara para su papel en la misión asignada. Durante esta fase, los miembros de la tripulación, así como las tripulaciones de respaldo, se entrenarán juntos. Las tareas de la tripulación en la ISS se adaptan individualmente, teniendo en cuenta la experiencia particular y los antecedentes profesionales 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 un operador o usuario en otros, por lo que el programa de capacitación se adapta individualmente. El entrenamiento específico para el incremento también incluye capacitación para lidiar con situaciones fuera de lo normal. Los astronautas también aprenderán a ejecutar los experimentos que están programados específicamente para sus misiones asignadas.
El entrenamiento de los cosmonautas se divide en tres fases: entrenamiento espacial general, entrenamiento grupal y entrenamiento de tripulación. [20] 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 año siguiente se dedica al entrenamiento grupal, donde los cosmonautas se especializan en la Soyuz o la ISS, así como en habilidades profesionales. Las fases finales, la fase de entrenamiento de la tripulación, duran un año y medio y están dedicadas a los procedimientos detallados de operaciones del vehículo, el 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 todas las naves espaciales soviéticas y rusas más importantes, incluida la ISS. Al igual que los astronautas de la ISS, los cosmonautas se entrenan en los EE. UU., Alemania, Japón y Canadá para recibir entrenamiento específico en los diversos módulos de la ISS.
El programa japonés de vuelos espaciales tripulados se ha centrado históricamente en el entrenamiento de astronautas para misiones del transbordador espacial. Por ello, el entrenamiento se llevó a cabo 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 que se desarrollaron las instalaciones de entrenamiento nacionales en el Centro Espacial de Tsukuba , el entrenamiento se ha llevado a cabo cada vez más en Japón. Con la participación de Japón en la ISS, el entrenamiento de los astronautas japoneses sigue una estructura similar a la de otros socios de la ISS. Los astronautas realizan un año y medio de entrenamiento básico principalmente en Tsukuba, seguido de un año y medio a dos años de entrenamiento avanzado en Tsukuba y en los sitios de los socios de la ISS. El entrenamiento para cualquier astronauta internacional de la ISS que involucre el módulo Kibo también se llevará a cabo en el Centro Espacial de Tsukuba. [21]
El entrenamiento avanzado es seguido por el entrenamiento específico de incremento, que, junto con cualquier entrenamiento de Kibo, se llevará a cabo en Tsukuba. El entrenamiento EVA para Kibo se lleva a cabo en el Sistema de Prueba de Entorno de Gravedad (WETS). WETS es una Instalación de Flotabilidad Neutral que cuenta con una maqueta a escala real del módulo Kibo en la ISS. 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 el entrenamiento en escenarios de ruptura del casco o falla del Sistema de Soporte Vital que resulten en una reducción o pérdida de la presión del aire. [22]
Aunque no se dispone de detalles oficiales del proceso de selección para el programa Shenzhou , lo que se sabe es que los candidatos son elegidos por la Administración Nacional del Espacio de China de entre las fuerzas aéreas chinas y deben tener entre 25 y 30 años de edad, un mínimo de 800 horas de vuelo y una educación universitaria. 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 la Shenzhou de China, el entrenamiento comienza con un programa de un año de educación sobre los conceptos básicos de los vuelos espaciales. Durante este período, los candidatos también son introducidos a la fisiología y psicología humanas. La segunda fase del entrenamiento, que dura casi 3 años, implica un entrenamiento extenso en el pilotaje del vehículo Shenzhou en modos nominal y de emergencia. La tercera y última etapa del entrenamiento es el entrenamiento específico de la misión, y dura aproximadamente 10 meses. Durante esta fase del entrenamiento, los astronautas son entrenados 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 se someten a un acondicionamiento físico, incluido el tiempo en una centrífuga humana ubicada en el ACC, y un programa de vuelos de microgravedad, llevado a cabo en Rusia. [24]
El programa de vuelos espaciales tripulados de la India todavía espera una autorización formal. Una vez autorizada, se espera que la misión lleve a dos indios en un vehículo orbital tipo Soyuz a la órbita baja de la Tierra . El entrenamiento para estos astronautas debería basarse en las lecciones aprendidas en el entrenamiento del único comandante de escuadrón cosmonauta de la India, Rakesh Sharma ( véase Salyut-7 1984 ) y mediante la cooperación internacional de la India con la NASA y Roscosmos. La India puede continuar con su programa de vuelos espaciales tripulados por su cuenta, lo que requeriría que la Organización de Investigación Espacial de la India ( ISRO ) desarrolle su propio programa de entrenamiento. La India planea construir una instalación de entrenamiento de astronautas y un centro de ingeniería biomédica a 8 o 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 se llevará a cabo en los EE. UU. o en Rusia. El centro de Kempegowda tendrá cámaras para la regulación de la radiación, el ciclado térmico y el entrenamiento de aceleración centrífuga. [25]
Si bien la primera generación de astronautas que vuelan al espacio 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 que participan en misiones de larga duración (como las que van a la Luna o a Marte ) deben llevar a cabo múltiples tareas y obligaciones, ya que en dichas misiones los astronautas tendrán que funcionar en gran medida de manera autónoma y deberán ser competentes en muchas áreas diferentes. Para este tipo de misiones, el entrenamiento para preparar a los astronautas probablemente incluirá formación como médicos , científicos , ingenieros, técnicos , pilotos y geólogos . Además, se hará hincapié en los aspectos psicológicos de las misiones de larga duración en las que la tripulación está en gran medida aislada. [29]
En la actualidad, una misión de seis meses a la ISS requiere hasta cinco años de entrenamiento para astronautas. Es de esperar que este nivel de entrenamiento se amplíe para futuras misiones de exploración espacial. También puede incluir aspectos de entrenamiento 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, incluyendo NASA Extreme Environment Mission Operations ( NOAA NEEMO ), NASA's Desert Research and Technology Studies ( Desert RATS ), Envihab (planificado), Flight Analog Research Unit, Haughton-Mars Project ( HMP ), o incluso la ISS (en vuelo). De hecho, en NEEMO un total de 15 astronautas de misión (conocidos como acuanautas ) han sido entrenados para futuras misiones a asteroides. [30] El uso de la realidad virtual también seguirá siendo utilizado como un medio para entrenar a los astronautas de una manera rentable, particularmente 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 entre humanos y robots que debe entenderse y practicarse a fondo para desarrollar una relación armoniosa entre astronautas y robots. Estos robots ayudarían a los astronautas a pasar de ser sus asistentes personales a ser la próxima generación de exploradores de entornos extremos. Actualmente hay un robot en la Estación Espacial Internacional que ayuda a los astronautas en sus enormes tareas con un toque humano. La capacitación en interacción entre humanos y robots es la necesidad del momento para misiones de larga duración.
También es necesario desarrollar un entrenamiento que permita realizar futuros aterrizajes en la Luna y misiones tripuladas a Marte . [31] Factores como la dinámica de la tripulación, el tamaño de la tripulación y las actividades de la tripulación desempeñan un papel crucial, ya que estas misiones durarían desde un año en la Luna hasta tres años en Marte. El entrenamiento necesario para tales misiones tiene que 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 que se pasa 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 reducen estos efectos. Se está investigando una Red de interacciones sociales para la mejora de la vida bilateral (ANSIBLE), que proporciona paisajes naturales y socialización en un entorno de realidad virtual, como solución para la salud conductual. [34]
Los investigadores están estudiando 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 aislado y confinado (ICE) durante misiones prolongadas. [35] La Estación Espacial Internacional utiliza un sistema de gestión de conflictos conductuales 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 la gestión 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 comercializaron por primera vez en la década de 1990. No fue hasta entonces cuando la gente se dio cuenta de que la RV se podía utilizar para entrenar a los astronautas. Los primeros equipos de RV para el entrenamiento de astronautas estaban dedicados a mejorar la comunicación entre los operadores del brazo robótico y el astronauta durante las actividades extravehiculares (EVA). Reúne a los miembros de la tripulación de EVA y a los operadores del brazo robótico, en vivo, 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 recibieron capacitación y evaluación sobre su trabajo en el telescopio espacial Hubble a través de una herramienta de capacitación en realidad virtual, Research in Human Factors Aspects of Enhanced Virtual Environments for EVA Training and Simulation (RAVEN). Sin embargo, el objetivo de RAVEN no era capacitar a los astronautas, sino evaluar la eficacia del entrenamiento utilizando la realidad virtual en comparación con entornos submarinos y otros entornos. [38]
A lo largo de los años de desarrollo tecnológico en VR, el hardware del laboratorio de VR de la NASA también ha mejorado significativamente. Tanto el material como la resolución de la pantalla se están renovando: [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 de micro-g no se puede reconstruir por completo en el entorno de 1-G de la Tierra. [40] La realidad virtual se utiliza durante el entrenamiento de EVA para aumentar la inmersión del proceso de entrenamiento. El Centro Espacial Johnson de la NASA tiene 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 de Aire con Cojinete de Aire (PABF) para simular la gravedad cero y los efectos de las leyes de movimiento de Newton . [41] Los 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. [41]
El Laboratorio de Realidad Virtual de la NASA utiliza la realidad virtual para complementar la Ayuda Simplificada para el Rescate EVA (SAFER) como ayuda simplificada. El entrenamiento de VR ofrece una simulación gráfica tridimensional de la Estación Espacial Internacional (ISS) con un auricular, 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 de realidad virtual y realizaron la caminata espacial número 210. [43] El Laboratorio de Realidad Virtual ofrece a los astronautas una experiencia de VR inmersiva para caminatas espaciales antes de lanzarse al espacio. El proceso de entrenamiento combina un programa de renderizado gráfico que replica la ISS y un dispositivo llamado Charlotte Robot que permite a los astronautas explorar visualmente sus alrededores mientras interactúan con un objeto. El robot Charlotte es un dispositivo simple con un brazo de metal unido 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 tienen peso en el espacio, un astronauta debe estar familiarizado con las fuerzas de inercia de un objeto y comprender cómo responderá el objeto a movimientos simples para evitar perderlo en el espacio. [44] [46] El entrenamiento se puede completar de forma individual o con un compañero. 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 Neutral (NBL) tiene ventajas en la simulación de un entorno de gravedad cero y la reproducción de la sensación de flotar en el espacio. El método de entrenamiento se logra mediante la construcción de un entorno de baja gravedad a través del Mantenimiento de la flotabilidad natural en una de las piscinas más grandes del mundo. La piscina 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, [16] con una capacidad de 6,2 millones de galones. [47] Se utilizan auriculares de realidad virtual con pantalla montada en la cabeza submarina para proporcionar información visual durante el entrenamiento con una velocidad de cuadros de 60 fps y una resolución de pantalla de 1280 por 1440. [47] El sistema de entrenamiento de VR submarino tiene un costo de entrenamiento reducido debido a la accesibilidad de las aplicaciones de VR, y los astronautas necesitan menos tiempo para completar la tarea de práctica asignada.
A pesar de los módulos de entrenamiento de la NASA, el entrenamiento de vuelos espaciales comerciales también utiliza tecnología de realidad virtual para mejorar sus sistemas de entrenamiento. El equipo de realidad virtual de Boeing desarrolla un sistema de entrenamiento para Boeing Starliner con el fin de entrenar a los astronautas para 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, el despegue, la entrada al espacio y el aterrizaje en un lugar inesperado. [48]
La reorientación visual es un fenómeno que ocurre cuando la percepción de un objeto cambia debido a cambios en el campo visual y las señales. [49] Esta ilusión alterará la percepción del astronauta de la fuerza orientadora 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 entrenamiento tradicional 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. [7] En contraste, el entrenamiento de realidad virtual requiere menos equipo, lo que permite entrenar a los astronautas de manera más económica.
El entrenamiento en realidad virtual utiliza dispositivos de interacción de realismo mixto, como las cabinas de los simuladores de vuelo, que pueden reducir el mareo por simulación y aumentar el movimiento del usuario. [50] En comparación con el entrenamiento tradicional, el entrenamiento en 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. [12]
Si bien la realidad virtual se utiliza en el entrenamiento de los 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. [7] [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 el entorno aislado y confinado (ICE). [51]
La realidad virtual permite a los astronautas aclimatarse a entornos espaciales como la Estación Espacial Internacional antes de abandonar la Tierra. Si bien los astronautas pueden familiarizarse con la ISS durante el entrenamiento en el NBL, solo pueden ver ciertas 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 de la disposición de la estación. Ahí es donde la realidad virtual juega un papel importante. El Laboratorio de Realidad Virtual utiliza un sistema conocido como el 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 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 reproducir el estrés psicológico y emocional que enfrentan los astronautas a diario. Esto se debe a que las tareas virtuales no tienen las mismas repercusiones que la tarea real y la tecnología no produce fuertes efectos psicológicos, como la claustrofobia, que a menudo se produce en entornos cerrados. [53]
La estimulación de un entorno de microgravedad virtual puede resultar costosa debido a los requisitos de equipamiento adicional. A diferencia de la realidad virtual comercializada, el equipamiento que utiliza la NASA no se puede producir a gran escala porque los sistemas requieren tecnología complementaria. [35] Varios programas de RV funcionan en combinación con el Laboratorio de flotabilidad neutra o el robot Charlotte en el Laboratorio de realidad virtual, lo que requiere instalaciones costosas y no elimina el componente de viaje que la RV 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 solo tiene dos máquinas en su posesión. [44] Este sistema de entrenamiento en particular requiere un sistema de caja de guantes virtual (GVX) que se ha incorporado al entrenamiento en la NASA y al sistema virtual EVA en el Centro de Astronautas de China. [55] Mediante sensores integrados en la tela, los guantes pueden detectar cuándo el usuario decide agarrar un objeto o soltarlo, pero la tecnología necesita desarrollarse más para integrar movimientos precisos del usuario en los programas virtuales. [45] Se ha informado que estos guantes son incómodos y solo capturan movimientos limitados. [53] También se han incorporado sensores de movimiento de cuerpo completo a la capacitación, que 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 de estos reduce el grado en que un usuario puede interactuar con el mundo virtual. [53]
El objetivo principal de las futuras investigaciones 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 principio 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 unido al cuerpo y, finalmente, una pantalla de realidad virtual montada en la cabeza. [56] [57] Sin embargo, de 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 asemeja 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 una herramienta de entrenamiento de astronautas.
Estos esfuerzos por simular la microgravedad tienen el mismo objetivo de crear un entorno cada vez más inmersivo para el entrenamiento de los astronautas. De hecho, se trata de una tendencia en desarrollo en toda la industria de la realidad virtual. La experiencia de realidad virtual definitiva que estamos imaginando acabará estando marcada por la eliminación de la separación entre el mundo real y el virtual.
, cuando lo que importaba era la habilidad de pilotaje, los astronautas del siglo XXI son elegidos por nuestra capacidad de realizar muchos trabajos diferentes y de llevarnos bien con los demás, especialmente en circunstancias estresantes y estrechas durante largos períodos de tiempo.
