Formation des astronautes - Astronaut training

Un sujet de test adapté pour des études sur le simulateur de marche à gravité réduite. Cette position signifiait que les jambes d'une personne ne subissaient qu'un sixième de leur poids, ce qui équivalait à se trouver sur la surface lunaire. Le but de ce simulateur était d'étudier le sujet en marchant, en sautant ou en courant. (1963)

La formation des astronautes décrit le processus complexe de préparation des astronautes dans les régions du monde à leurs missions spatiales avant, pendant et après le vol, qui comprend des tests médicaux, un entraînement physique, une formation aux activités extra-véhiculaires (EVA), une formation aux procédures, un processus de réadaptation, comme ainsi qu'une formation sur les expériences qu'ils réaliseront pendant leur séjour dans l'espace.

Des installations d'entraînement virtuelles et physiques ont été intégrées pour familiariser les astronautes avec les conditions qu'ils rencontreront pendant toutes les phases de vol et préparer les astronautes à un environnement en microgravité. Des considérations particulières doivent être prises pendant la formation pour assurer une mission sûre et réussie, c'est pourquoi les astronautes d'Apollo ont reçu une formation pour les travaux de géologie sur le terrain sur la surface lunaire et pourquoi des recherches sont menées sur les meilleures pratiques pour les futures missions prolongées, telles que le voyage à Mars.

But de la formation

Flux de formation

La sélection et la formation des astronautes sont des processus intégrés pour garantir que les membres d'équipage sont qualifiés pour les missions spatiales. La formation est classée en cinq objectifs pour former les astronautes sur les aspects généraux et spécifiques : formation de base, formation avancée, formation spécifique à la mission, formation à bord et formation au maintien des compétences. Les stagiaires doivent apprendre la médecine, le langage, la robotique et le pilotage, l'ingénierie des systèmes spatiaux, l'organisation des systèmes spatiaux et les acronymes en ingénierie aérospatiale lors de la formation de base. Alors que 60% à 80% des astronautes souffriront du mal des transports de l'espace, notamment de la pâleur, des sueurs froides, des vomissements et de l'anorexie, les candidats astronautes devraient surmonter la maladie. Au cours de la formation avancée et de la formation spécifique à la mission, les astronautes apprendront le fonctionnement de systèmes spécifiques et les compétences requises associées à leurs postes assignés dans une mission spatiale. La formation spécifique à la mission nécessite généralement 18 mois pour les équipages de la navette spatiale et de la station spatiale internationale . Il est important d'assurer le bien-être, la santé physique et mentale des astronautes avant, pendant et après la période de mission. Le maintien des compétences vise à aider les membres d'équipage à maintenir un niveau minimum de performance, y compris sur des sujets tels que les activités extravéhiculaires, la robotique, la langue, la plongée et la formation au vol.

Lancement et atterrissage

Les effets du lancement et de l'atterrissage ont divers effets sur les astronautes, les effets les plus importants étant le mal des transports de l'espace , l'intolérance orthostatique et les événements cardiovasculaires .

Le mal des transports de l'espace est un événement qui peut survenir quelques minutes après avoir été dans des environnements de gravité changeants (c'est-à-dire de 1 g sur Terre avant le lancement à plus de 1 g pendant le lancement, puis de la microgravité dans l'espace à l'hypergravité pendant la rentrée et de nouveau à 1 g après atterrissage). Les symptômes vont de la somnolence et des maux de tête aux nausées et vomissements. Il existe trois catégories générales de mal des transports :

  • Léger : un à plusieurs symptômes transitoires, aucun impact opérationnel
  • Modéré : plusieurs symptômes de nature persistante, impact opérationnel minimal
  • Sévère : Plusieurs symptômes de nature persistante, impact significatif sur les performances

Environ les trois quarts des astronautes souffrent du mal des transports de l'espace, avec des effets dépassant rarement deux jours. Il existe un risque de mal des transports après le vol, mais celui-ci n'est significatif qu'à la suite de missions spatiales de longue durée.

Après le vol, suite à une exposition à la microgravité, le système vestibulaire , situé dans l'oreille interne, est perturbé en raison de l'inactivité induite par la microgravité des otolithes qui sont de petites concrétions calcaires qui détectent les postures corporelles et sont chargées d'assurer un bon équilibre. Dans la plupart des cas, cela conduit à des illusions posturales après le vol.

Les événements cardiovasculaires représentent des facteurs importants au cours des trois phases d'une mission spatiale. Ils peuvent être divisés en :

  • Maladies cardiovasculaires préexistantes : elles sont généralement exclues lors de la sélection des astronautes, mais si elles sont présentes chez un astronaute, elles peuvent s'aggraver au cours du vol spatial.
  • Événements cardiovasculaires et changements survenant pendant les vols spatiaux : ils sont dus au déplacement et à la redistribution des fluides corporels, aux troubles du rythme cardiaque et à la diminution de la capacité d'exercice maximale dans l'environnement de microgravité. Ces effets peuvent potentiellement conduire l'équipage à être gravement handicapé lors du retour dans un environnement gravitationnel et donc incapable de sortir d'un engin spatial sans assistance.
  • Intolérance orthostatique conduisant à une syncope lors d'un test de stand post-vol.

Opérations en orbite

Informations complémentaires: Effet des vols spatiaux sur le corps humain

Les astronautes sont formés pour se préparer aux conditions de lancement ainsi qu'à l'environnement hostile de l'espace. Cette formation vise à préparer l'équipage à des événements relevant de deux grandes catégories : les événements liés à l'exploitation de l'engin spatial (événements internes), et les événements liés à l' environnement spatial (événements externes)

Une vue interne de la maquette de formation du module Columbus de l'ESA, située au Centre européen des astronautes à Cologne, en Allemagne. Les astronautes doivent se familiariser avec tous les composants de l'engin spatial au cours de leur formation.

Pendant la formation, les astronautes se familiarisent avec les systèmes d'ingénierie du vaisseau spatial, y compris la propulsion du vaisseau spatial , le contrôle thermique du vaisseau spatial et les systèmes de survie . En plus de cela, les astronautes reçoivent une formation en mécanique orbitale , en expérimentation scientifique, en observation de la Terre et en astronomie . Cette formation est particulièrement importante pour les missions où un astronaute rencontrera plusieurs systèmes (par exemple sur la Station spatiale internationale (ISS)). La formation est effectuée afin de préparer les astronautes à des événements pouvant présenter un danger pour leur santé, la santé de l'équipage ou la réussite de la mission. Ces types d'événements peuvent être : une défaillance d'un système de survie critique, une dépressurisation de la capsule, un incendie et d'autres événements mettant la vie en danger. En plus de la nécessité de s'entraîner pour les événements dangereux, les astronautes devront également s'entraîner pour assurer la réussite de leur mission. Cela pourrait prendre la forme d'une formation à l'EVA , à l'expérimentation scientifique ou au pilotage d'engins spatiaux .

Événements externes

Les événements extérieurs renvoient plus largement à la capacité de vivre et de travailler dans l'environnement extrême de l'espace. Cela comprend l'adaptation à la microgravité (ou à l' apesanteur ), à l'isolement, au confinement et aux radiations . Les difficultés associées à la vie et au travail en microgravité incluent la désorientation spatiale , le mal des transports et le vertige . Au cours des missions de longue durée, les astronautes seront souvent isolés et confinés. Cela est connu pour limiter les performances des équipages d'astronautes et, par conséquent, la formation vise à préparer les astronautes à de tels défis. Les effets à long terme des rayonnements sur les équipages sont encore largement inconnus. Cependant, il est théorisé que les astronautes en voyage sur Mars recevront probablement plus de 1000 fois la dose de rayonnement d'une personne typique sur Terre. Ainsi, la formation présente et future doit intégrer des systèmes et des processus de protection des astronautes contre les radiations.

Expériences scientifiques

L'expérimentation scientifique a toujours été un élément important des vols spatiaux habités et constitue l'objectif principal de la Station spatiale internationale. La formation sur la manière de mener à bien ces expériences est une partie importante de la formation des astronautes, car elle maximise le rendement scientifique de la mission. Une fois en orbite, la communication entre les astronautes et les scientifiques au sol peut être limitée et le temps est strictement réparti entre les différentes activités de la mission. Il est essentiel que les astronautes soient familiarisés avec les expériences qui leur sont confiées afin de les mener à bien dans les délais, avec le moins d'intervention possible depuis le sol.

Pour les missions vers l'ISS, chaque astronaute doit maîtriser une centaine d'expériences ou plus. Pendant la formation, les scientifiques responsables des expériences n'ont pas de contact direct avec les astronautes qui les réaliseront. Au lieu de cela, les scientifiques instruisent les formateurs qui préparent à leur tour les astronautes à la réalisation de l'expérience. Une grande partie de cette formation se fait au Centre européen des astronautes.

Pour les expériences humaines, les scientifiques décrivent leurs expériences aux astronautes qui choisissent ensuite de participer ou non à bord de l'ISS. Pour ces expériences, les astronautes seront testés avant, pendant et après la mission pour établir une ligne de base et déterminer quand l'astronaute est revenu à la ligne de base.

Un chercheur utilisant un casque VR pour étudier des idées pour contrôler les rovers sur une planète.

Objectif de la formation en réalité virtuelle

La formation en réalité virtuelle pour les astronautes vise à offrir aux candidats astronautes une expérience de formation immersive. La réalité virtuelle a été explorée comme une technologie pour exposer artificiellement les astronautes aux conditions et procédures spatiales avant d'aller dans l'espace. En utilisant la réalité virtuelle, les astronautes peuvent être formés et évalués sur la réalisation d'une EVA avec tous les équipements nécessaires et les caractéristiques environnementales simulées. Cette technologie moderne permet également de changer de scénario en cours de route, par exemple pour tester des protocoles d'urgence. Les systèmes d'entraînement VR peuvent réduire les effets du mal des transports de l'espace grâce à un processus d'accoutumance. La formation VR en amont peut être une contre-mesure pour le mal des transports de l'espace et la désorientation en raison de l'apesanteur de l'environnement de microgravité. Lorsque l'objectif est d'agir comme un outil de pratique, la réalité virtuelle est couramment explorée en conjonction avec la robotique et du matériel supplémentaire pour augmenter l'effet d'immersion ou l'engagement du stagiaire.

Formation par région

États Unis

À la NASA, après la phase de sélection, les «AsCans» (candidats astronautes) doivent suivre jusqu'à deux ans de formation/d'endoctrinement pour devenir des astronautes pleinement qualifiés. Initialement, tous les AsCans doivent suivre une formation de base pour acquérir des compétences techniques et générales. Il existe 16 cours techniques différents en :

Les astronautes s'entraînent dans l'installation de flottabilité neutre du Johnson Space Center à Houston, Texas
L'équipage de STS-135 s'entraîne au rendez-vous et à l'amarrage avec l'ISS dans le simulateur d'ingénierie des systèmes au Johnson Space Center le 28 juin 2011 à Houston, Texas.

Les AsCans suivent initialement une formation de base, où ils sont formés sur les systèmes Soyouz et ISS, la sécurité des vols et les opérations, ainsi que la survie sur terre ou dans l'eau. Le pilote AsCans recevra une formation sur le T-38 Trainer Jet de la NASA . De plus, parce que l'exploration spatiale moderne est effectuée par un consortium de différents pays et est un domaine très visible du public, les astronautes ont reçu une formation professionnelle et culturelle, ainsi que des cours de langue (en particulier en russe ).

Après avoir terminé la formation de base, les candidats passent à la formation avancée de la NASA. Les AsCans sont formés sur des modèles grandeur nature pour avoir une idée de ce qu'ils feront dans l'espace. Cela a été fait à la fois par l'utilisation de l' avion d'entraînement de la navette alors qu'il était encore opérationnel et par le biais de maquettes de simulation. L'avion d'entraînement de la navette a été exclusivement utilisé par le commandant et les astronautes pilotes pour les exercices d'atterrissage jusqu'à la retraite de la navette, tandis que les installations du système de simulation avancé sont utilisées par tous les candidats pour apprendre à travailler et à accomplir avec succès leurs tâches dans l'environnement spatial. Les simulateurs et les installations de formation EVA aident les candidats à préparer au mieux leurs différentes opérations de mission. En particulier, les chambres à vide , les vols paraboliques et les installations de flottabilité neutre (NBF) permettent aux candidats de s'acclimater à l' environnement de microgravité , en particulier pour l'EVA. La réalité virtuelle est également de plus en plus utilisée comme outil pour immerger AsCans dans l'environnement spatial.

La phase finale est la formation intensive. Il commence environ trois mois avant le lancement, préparant les candidats à la mission qui leur est assignée. Les simulations intégrées spécifiques au vol sont conçues pour fournir un terrain d'essai dynamique pour les règles de mission et les procédures de vol. La dernière formation intensive conjointe des équipages et contrôleurs de vol est réalisée parallèlement à la planification de la mission. Cette phase est au cours de laquelle les candidats suivront une formation opérationnelle spécifique à la mission, ainsi qu'une expérience avec les expériences qui leur sont assignées. La formation des médecins d'équipage est également incluse pour intervenir efficacement avec des actions proactives et réactives en cas de problèmes médicaux.

Des installations de formation notables

Neil Armstrong dans un simulateur de module lunaire avant son voyage vers la Lune .

Cela peut prendre jusqu'à deux ans pour qu'un AsCan soit officiellement qualifié en tant qu'astronaute. Habituellement, le processus de formation est complété par diverses installations de formation disponibles à la NASA : Les installations de formation spatiale essaient de reproduire ou de simuler l'expérience d'un vol spatial dans un vaisseau spatial de manière aussi fidèle et réaliste que possible. Cela comprend des répliques de cockpit pleine grandeur montées sur des vérins hydrauliques et contrôlées par une technologie informatique de pointe; réservoirs d' eau élaborés pour la simulation de l' apesanteur ; et des dispositifs utilisés par les scientifiques pour étudier la physique et l'environnement de l'espace.

  • Installation de maquette de véhicule spatial (SVMF) : située dans le Johnson Space Center à Houston, au Texas. Le SVMF se compose de modèles grandeur nature de véhicules de l'ISS, de l'Orion et de différents autres programmes commerciaux. Le but de SVMF est de fournir une expérience simulée unique aux astronautes pour se familiariser avec leurs tâches dans les véhicules spatiaux. Les projets de formation potentiels comprennent la préparation des opérations d'urgence, la maintenance intra-véhiculaire en orbite et les opérations de sas. L'installation offre également aux astronautes des expériences de communication en temps réel avec l'équipe au sol pour le soutien de la mission.
  • KC-135 Stratotanker : le KC-135 est un avion de ravitaillement en vol conçu par Boeing. Connu sous le nom de «Weightless Wonder» ou de «Vomit Comet», cet avion est le plus célèbre du genre, qui a servi à simuler des environnements en gravité réduite ou en microgravité pour les astronautes de la NASA depuis 1994. Les manœuvres de « montagnes russes » dont l'avion est capable de faire fournir des personnes ainsi que du matériel à bord environ 20-25 secondes d'apesanteur.
  • Le Precision Air-Bearing Floor (PABF) : situé dans le Johnson Space Center à Houston, TX. En raison de l'environnement de microgravité dans l'espace, le manque de friction qui en résulte rend les astronautes difficiles à déplacer et à arrêter de gros objets. Le PABF est un « plancher plat » qui utilise de l'air comprimé pour suspendre des matériels ou des maquettes typiques que les astronautes peuvent rencontrer dans l'espace au-dessus du sol. Il est utilisé pour simuler des environnements à faible frottement pour que les astronautes apprennent à déplacer de gros objets.
  • Le laboratoire de flottabilité neutre : (NBL) : situé dans le centre spatial Johnson à Houston, TX. Grâce à une combinaison d'effets de pondération et de flottement, le NBL crée un équilibre entre les tendances à couler et à flotter, simulant ainsi l'expérience de l'apesanteur. Dans la NBL, plusieurs modèles grandeur nature des véhicules spatiaux sont présents dans un grand "réservoir d'eau". Contrairement au SVMF, le NBL aide les astronautes à s'entraîner sur des projets tels que la maintenance, mais en dehors du véhicule spatial.

L'Europe 

La formation des astronautes en Europe est assurée par le Centre européen des astronautes (EAC), dont le siège est à Cologne , en Allemagne . La formation européenne comporte trois phases : la formation de base, la formation avancée et la formation spécifique par incrément.

Simulateur de capsule Soyouz situé à l'EAC de Cologne, en Allemagne. Les astronautes de l'ESA simuleront des opérations dans la capsule de l'EAC.

Pour tous les astronautes sélectionnés par l'ESA, la formation de base commence au siège de l'EAC. Cette section du cycle de formation comporte quatre blocs de formation distincts qui durent 16 mois. Les astronautes recevront une orientation sur les principales nations spatiales, leurs agences spatiales et tous les principaux programmes spatiaux habités et non habités. La formation dans cette phase examine également les lois et politiques applicables du secteur spatial. Les bases techniques (y compris l'ingénierie, l' astrodynamique , la propulsion, la mécanique orbitale, etc.) et scientifiques (y compris la physiologie humaine , la biologie , l'observation de la Terre et l'astronomie) sont introduites, afin de garantir que tous les nouveaux astronautes possèdent le niveau de connaissances de base requis. La formation est dispensée sur les opérations et les installations de l'ISS, y compris une introduction à tous les principaux systèmes d'exploitation à bord de l'ISS qui sont nécessaires à sa fonctionnalité en tant que laboratoire de recherche spatiale habité. Cette phase couvre également des opérations en profondeur des systèmes pour tous les engins spatiaux que le service de l'ISS (par exemple Soyouz, Progress , Véhicule de transfert automatique ( ATV ) et le véhicule de transfert H-II ( HTV )), ainsi que le contrôle du sol et le lancement formation des installations . Cette phase de formation se concentre également sur des compétences telles que les opérations robotiques , le rendez-vous et l'amarrage , les cours de langue russe, le comportement humain et la performance, et enfin un cours PADI de plongée sous-marine en eau libre. Ce cours de plongée fournit une formation de base EVA à la NBF de l'ESA avant de passer au plus grand centre de formation de la NASA au Lyndon B. Johnson Space Center .

La formation avancée comprend un examen beaucoup plus approfondi de l'ISS, y compris l'apprentissage de l'entretien et de l'exploitation de tous les systèmes. Une formation scientifique améliorée est également mise en œuvre à ce moment-là pour s'assurer que tous les astronautes peuvent effectuer des expériences scientifiques à bord de l'ISS. Cette phase dure environ un an et la formation est effectuée dans l'ensemble du réseau de partenaires de l'ISS, et non plus seulement à l'EAC. Ce n'est qu'à l'issue de cette phase que les astronautes sont affectés à un vol spatial.

L'entraînement spécifique à l'incrément ne commence qu'après qu'un astronaute a été affecté à un vol. Cette phase dure 18 mois et les prépare à leur rôle dans la mission qui leur est confiée. Au cours de cette phase, les membres d'équipage ainsi que les équipages de sauvegarde s'entraîneront ensemble. Les tâches de l'équipage à bord de l'ISS sont adaptées individuellement, en tenant compte de l'expérience particulière et de l'expérience professionnelle de l'astronaute. Il existe trois niveaux d'utilisateur différents pour tous les équipements embarqués (c'est-à-dire le niveau d'utilisateur, le niveau d'opérateur et le niveau de spécialiste). Un membre d'équipage peut être un spécialiste des systèmes tout en n'étant qu'un opérateur ou un utilisateur sur d'autres, c'est pourquoi le programme de formation est personnalisé. La formation spécifique à l'incrément comprend également une formation pour faire face à des situations non nominales. Les astronautes apprendront également à exécuter les expériences qui sont spécifiquement prévues pour les missions qui leur sont assignées.

Russie

Le parc du Centre d'entraînement des cosmonautes Gagarine

L'entraînement des cosmonautes se divise en trois phases : l'entraînement spatial général, l'entraînement en groupe et l'entraînement de l'équipage. La formation spatiale générale dure environ deux ans et comprend des cours, une formation à la survie et un examen final qui détermine si un cosmonaute sera un cosmonaute d'essai ou de recherche. L'année suivante est consacrée à la Formation en Groupe où les cosmonautes se spécialisent dans le Soyouz ou l'ISS ainsi que des compétences professionnelles. Les phases finales, la phase de formation des équipages, durent un an et demi et sont consacrées aux procédures détaillées d'exploitation des véhicules, à la formation ISS et à la langue anglaise .

L'entraînement se déroule principalement au Centre d'entraînement des cosmonautes Youri Gagarine . Les installations du centre disposent de maquettes grandeur nature de tous les principaux engins spatiaux soviétiques et russes, y compris l'ISS. Comme pour les astronautes de l'ISS, les cosmonautes s'entraînent aux États-Unis, en Allemagne, au Japon et au Canada pour une formation spécifique dans les différents modules de l'ISS.

Japon

Le programme japonais de vols spatiaux habités s'est historiquement concentré sur la formation d'astronautes pour les missions de la navette spatiale. En tant que tel, la formation avait auparavant eu lieu au Lyndon B. Johnson Space Center de la NASA, et suivait celle des astronautes de la NASA et d'autres participants internationaux au programme de la navette spatiale.

Fusée H-II à l'extérieur du centre spatial de Tsukuba où se déroule la formation des astronautes de la JAXA

Depuis le développement des installations de formation nationales au Centre spatial de Tsukuba , la formation a de plus en plus lieu au Japon. Avec la participation du Japon à l'ISS, la formation des astronautes japonais suit une structure similaire à celle des autres partenaires de l'ISS. Les astronautes effectuent 1,5 an de formation de base principalement à Tsukuba, suivis de 1,5 à 2 ans de formation avancée sur les sites partenaires de Tsukuba et de l'ISS. La formation de tous les astronautes internationaux de l'ISS impliquant le module Kibo sera également effectuée au centre spatial de Tsukuba.

La formation avancée est suivie d'une formation spécifique à l'incrément, qui, avec toute formation Kibo, sera effectuée à Tsukuba. La formation EVA pour Kibo se déroule dans le système de test d'environnement sans poids (WETS). WETS est une installation de flottabilité neutre comportant une maquette à grande échelle du module Kibo sur l'ISS. Le centre spatial de Tsukuba comprend également des installations médicales pour évaluer l'aptitude des candidats, une chambre d'isolement pour simuler certains des facteurs de stress mentaux et émotionnels des vols spatiaux de longue durée et une chambre hypobare pour l'entraînement aux scénarios de rupture de coque ou de défaillance du système de survie entraînant une réduction ou perte de pression d'air.

Chine

Bien que les détails officiels du processus de sélection pour le programme de Shenzhou ne soient pas disponibles, ce que l'on sait, c'est que les candidats sont choisis par l' Administration spatiale nationale chinoise de l'armée de l'air chinoise et doivent être âgés de 25 à 30 ans, avec un minimum de 800 heures de vol et une formation diplômante. Les candidats doivent mesurer entre 160 cm et 172 cm et peser entre 50 kg et 70 kg.

Pour les astronautes chinois de Shenzhou, la formation commence par un programme d'un an sur les bases du vol spatial. Au cours de cette période, les candidats sont également initiés à la physiologie et à la psychologie humaines. La deuxième phase de formation, d'une durée de près de 3 ans, consiste en une formation approfondie au pilotage du véhicule Shenzhou en modes nominal et d'urgence. La troisième et dernière étape de la formation est une formation spécifique à la mission et dure environ 10 mois. Au cours de cette phase d'entraînement, les astronautes sont entraînés dans le simulateur haute fidélité de Shenzhou, ainsi que dans le centre de flottabilité neutre situé au Centre des astronautes de Chine (ACC), à Pékin . En plus du temps passé dans l'installation de flottabilité neutre (NBF), la formation à l'EVA se déroule dans une chambre à vide poussé et à basse température qui simule les conditions environnementales de l'espace. À toutes les étapes de la formation, les astronautes subissent un conditionnement physique, y compris du temps dans une centrifugeuse humaine située à l'ACC, et un programme de vols en microgravité, réalisé en Russie.

Inde

Le programme indien de vols spatiaux habités attend toujours un feu vert formel. Une fois autorisée, la mission devrait emmener deux Indiens dans un véhicule orbital de type Soyouz en orbite terrestre basse . La formation de ces astronautes devrait être basée sur les enseignements tirés de la formation du seul commandant d'escadre des cosmonautes indien Rakesh Sharma ( Voir Salyut-7 1984 ) et sur la coopération internationale de l'Inde avec la NASA et Roscosmos. Cela permettrait à l'Inde d'avoir un aperçu de leurs riches expériences dans les vols spatiaux habités. Il est également possible que l'Inde procède individuellement à son programme de vols spatiaux habités, obligeant l'Organisation indienne de recherche spatiale ( ISRO ) à développer son propre programme de formation. Pour la formation des astronautes, l'Inde décide d'un endroit qui se trouve à une distance de 8 à 10 km de l'aéroport international de Kempegowda. Ce terrain appartient à l'ISRO. Des centres de formation des astronautes et de génie biomédical y seront construits. Bien que la première formation missionnaire de l'Inde ait lieu aux États-Unis ou en Russie, cet endroit peut être utilisé pour une formation future. De plus, le centre disposera de chambres pour la régulation du rayonnement, le cyclage thermique et centrifuge pour l'entraînement à l'accélération.

Formation future

Entraînement des astronautes suborbitaux

Agence spatiale civile équatorienne (EXA)

Alors que la première génération d'astronautes spatiaux non gouvernementaux effectuera probablement des trajectoires suborbitales, actuellement des entreprises comme Virgin Galactic et Xcor Aerospace développent des programmes exclusifs de formation d'astronautes suborbitaux. Cependant, le premier programme officiel de formation d'astronautes suborbital était un effort conjoint entre deux agences gouvernementales. L'armée de l'air équatorienne et le Gagarin Cosmonaut Training Center ont développé le programme ASA/T (Advanced Suborbital Astronaut Training) qui a duré jusqu'à 16 mois entre 2005 et 2007 et s'est concentré sur les tâches de commandement et de recherche lors de missions courtes avec des trajectoires suborbitales jusqu'à 180 kilomètres. Ce programme a eu un diplômé citoyen équatorien en 2007, l' Agence spatiale équatorienne a lancé un appel pour une nouvelle classe de candidats à la formation ASA/T, conformément à l'EXA, ils se concentreront sur la location de véhicules suborbitaux commerciaux afin d'effectuer des recherches spatiales habitées.

Astronautes commerciaux

Centrifugeuse humaine au DLR à Cologne, en Allemagne, utilisée pour des tests physiologiques humains. Les fortes accélérations rencontrées lors des vols suborbitaux peuvent nécessiter des tests ou même une formation sur des centrifugeuses humaines pour déterminer si les participants sont aptes au vol spatial

À l'avenir, l'émergence du tourisme spatial commercial nécessitera de nouvelles normes pour les participants aux vols qui n'existent pas actuellement. Ces normes viseront à garantir que les examens médicaux sont effectués correctement afin d'assurer des vols sûrs et réussis. Ce processus sera différent de celui des astronautes des agences spatiales car le but n'est pas de faire voler le meilleur individu, mais d'assurer un vol sûr pour les passagers. Les principales considérations pour ce type de voyage seront :

  • Quel type et quelle étendue de formation sont suffisants ?
  • Qui qualifiera les touristes de l'espace comme aptes au voyage ?
  • Comment les nouvelles réglementations seront-elles conformes aux commissions médicales existantes ?
  • Quels critères de sélection doivent être utilisés pour réduire les dangers pour les touristes de l'espace ?

Les réglementations médicales pour les vols spatiaux commerciaux pourraient atténuer les risques des entreprises spatiales commerciales en sélectionnant uniquement celles capables de satisfaire aux critères médicaux standard, au lieu de permettre à toute personne pouvant acheter un billet de voler. La première génération de vols spatiaux commerciaux sera probablement des trajectoires suborbitales qui invoquent des changements d'accélération importants, provoquant des problèmes cardiovasculaires et pulmonaires. Pour cette raison, tout futur critère médical pour les participants aux vols spatiaux commerciaux doit se concentrer spécifiquement sur les effets néfastes des niveaux gravitationnels en évolution rapide, et sur les individus qui seront capables de le tolérer.

Un programme de formation scientifique-astronaute ainsi que des cours supplémentaires de bioastronautique , d' activité extravéhiculaire , d'opérations de vol spatial, d'ingénierie d'essais en vol et de recherche en haute atmosphère ont été dispensés par les candidats scientifiques-astronautes du projet PoSSUM depuis 2015. En janvier 2021, le programme a a attiré des membres de 46 pays différents et publié des recherches sur la dynamique mésosphérique, les performances humaines dans les combinaisons spatiales, la recherche en microgravité dans divers domaines et les environnements post-atterrissage. Les programmes sont gérés par l'Institut international des sciences astronautiques, qui s'est également associé à l'Université aéronautique Embry-Riddle, à Final Frontier Design Spacesuits, à Survival Systems USA, au Conseil national de recherches du Canada, à l'Agence spatiale canadienne et à la National Association of Underwater Instructors.

Les recherches actuelles sur l'entraînement physique et les stratégies pour les astronautes commerciaux menées par Astrowright Spaceflight Consulting, la première entreprise commerciale à proposer un entraînement physique dédié aux touristes de l'espace , suggèrent que l'entraînement physique conventionnel est inadéquat pour soutenir un mouvement sûr en microgravité , et que l'entraînement utilisant des points réduits de la stabilité doit être soulignée.

Missions de longue durée vers la Lune ou Mars

Astronaute pendant la formation en réalité virtuelle

Les astronautes pour des missions à long terme, telles que celles vers la Lune ou Mars, doivent effectuer de multiples tâches et fonctions, car lors de telles missions, les astronautes devront fonctionner de manière largement autonome et devront être compétents dans de nombreux domaines différents. Pour ces types de missions, la formation pour préparer les astronautes comprendra probablement une formation en tant que médecins , scientifiques , ingénieurs, techniciens , pilotes et géologues . De plus, l'accent sera mis sur les aspects psychologiques des missions de longue durée où l'équipage est largement isolé.

Actuellement, une mission de six mois vers l'ISS nécessite jusqu'à cinq ans de formation d'astronaute. Ce niveau de formation est prévisible et susceptible d'être élargi pour les futures missions d'exploration spatiale. Il peut également inclure des aspects de formation en vol. Il est possible que l'ISS soit utilisée à l'avenir comme une installation de formation d'astronautes de longue durée.

Un outil puissant pour la formation des astronautes sera l'utilisation continue d'environnements analogiques, y compris les opérations de mission dans l'environnement extrême de la NASA ( NOAA NEEMO ), les études de recherche et de technologie sur le désert de la NASA ( Desert RATS ), Envihab (prévu), Flight Analog Research Unit , Haughton-Mars Project ( HMP ), ou encore l'ISS (en vol). En fait, à NEEMO, un total de 15 astronautes de mission (connus sous le nom d' aquanautes ) ont été formés pour de futures missions vers des astéroïdes. L'utilisation de la réalité virtuelle continuera également d'être utilisée comme moyen de formation des astronautes de manière rentable, en particulier pour des opérations telles que l'activité extra-véhiculaire ( EVA ).

Robonaut2 à bord de l'ISS

Ces missions ne sont pas totalement indépendantes sans la présence de robots. Cela ouvre une nouvelle voie vers l'interaction homme-robot qui doit être parfaitement comprise et pratiquée pour développer une relation harmonieuse entre les astronautes et les robots. Ces robots aideraient les astronautes à devenir leurs assistants personnels à la prochaine génération d'explorateurs d'environnements extrêmes. Actuellement, il y a un robot sur l'ISS qui aide les astronautes dans leurs tâches gigantesques avec une touche humaine. La formation aux interactions interculturelles et humaines avec les robots est la nécessité de l'heure pour les missions de longue durée.

La formation doit également évoluer pour les futurs alunissages vers une mission humaine vers Mars . Des facteurs tels que la dynamique de l'équipage, la taille de l'équipage et les activités de l'équipage jouent un rôle crucial car ces missions dureraient d'un an sur la Lune à trois ans sur Mars. La formation requise pour de telles missions doit être polyvalente et facile à apprendre, à adapter et à improviser.

Un voyage vers Mars obligera les astronautes à rester dans la capsule de l'équipage pendant neuf mois. La monotonie et l'isolement du voyage présentent de nouveaux défis psychologiques. La longue période passée dans la capsule de l'équipage est comparable à d'autres formes d'isolement, comme dans les sous-marins ou les bases antarctiques. Être dans un environnement isolé et confiné génère du stress, des conflits interpersonnels et d'autres problèmes comportementaux et mentaux. Cependant, il a été démontré que les paysages naturels et la communication avec les êtres chers permettent de se détendre et d'atténuer ces effets. Un réseau d'interactions sociales pour l'amélioration de la vie bilatérale (ANSIBLE), qui fournit un paysage naturel et une socialisation dans un environnement de réalité virtuelle, est à l'étude comme solution à la santé comportementale.

Les chercheurs étudient comment les outils actuels de santé mentale peuvent être ajustés pour aider l'équipage à faire face aux facteurs de stress qui surviendront dans un environnement isolé et confiné (ICE) lors de missions prolongées. La Station spatiale internationale utilise un système de gestion des conflits comportementaux connu sous le nom de Station spatiale virtuelle (VSS) pour minimiser les conflits entre les membres d'équipage et relever les défis psychologiques. Le programme comporte des modules axés sur la gestion des relations, le stress et la dépression qui guident les astronautes à travers une séance de thérapie virtuelle dans l'espace.

Formation d'astronaute en réalité virtuelle

Histoire

Les technologies de réalité virtuelle ont été commercialisées pour la première fois dans les années 1990. Ce n'est qu'alors que les gens ont réalisé que la réalité virtuelle pouvait être utilisée pour former les astronautes. Les premiers engrenages VR pour la formation des astronautes sont dédiés à améliorer la communication entre les opérateurs de bras de robot et l'astronaute pendant les activités extravéhiculaires (EVA). Il rassemble les membres d'équipage EVA et les opérateurs de bras robotisés, en direct, même lorsqu'ils sont à bord d'un vaisseau spatial. Il est également utilisé pour remplacer certains des modèles surdimensionnés qui ne peuvent pas entrer dans le laboratoire de flottabilité neutre (NBL).

En 1993, des astronautes ont été formés et évalués pour travailler sur le télescope spatial Hubble grâce à un outil de formation en réalité virtuelle, Research in Human Factors Aspects of Enhanced Virtual Environments for EVA Training and Simulation (RAVEN). Cependant, l'objectif de RAVEN n'était pas de former des astronautes mais d'évaluer l'efficacité de la formation utilisant la réalité virtuelle par rapport aux configurations sous-marines et autres.

Au fil des années de développement technologique de la réalité virtuelle, le matériel du laboratoire de réalité virtuelle de la NASA s'est également considérablement amélioré. Tant le matériel que la résolution de l'écran sont en cours de rénovation :

  • 1991 : Affichage à cristaux liquides (LCD) - 320x420
  • 1992 : Tube à rayons cathodiques (CRT) - 1280x1024
  • 2005 : Diode électroluminescente micro-organique (micro-OLED) - 800x600
  • 2012 : ACL - 1280x720
  • 2015 : OLED - 1920x1080

La réalité virtuelle a également été adoptée dans un éventail beaucoup plus large de domaines de l'exploration spatiale tout au long de l'histoire de la rénovation technologique. Les applications les plus récentes de la réalité virtuelle incluent, sans s'y limiter :

  • Planification des missions
  • Conception coopérative et interactive
  • Résolution de problèmes d'ingénierie
  • La modélisation des données
Les astronautes Tom Marshburn, à gauche, et Dave Wolf s'entraînent pour une sortie dans l'espace dans le simulateur de réalité virtuelle EVA-RMS intégré au Johnson Space Center

Formation actuelle en réalité virtuelle

Alors que le centre de formation aux activités extravéhiculaires (EVA) peut simuler les conditions spatiales, y compris la pression et l'éclairage, l' environnement Micro-g ne peut pas être entièrement reconstruit dans l'environnement 1-G de la Terre. La réalité virtuelle est utilisée pendant la formation EVA pour augmenter l'immersion du processus de formation. Le Johnson Space Center de la NASA possède des installations telles que le Space Vehicle Mockup Facility (SVMF), le Virtual Reality Laboratory (VRL) et le Neutral Buoyancy Laboratory (NBL).

Le SVMF utilise le simulateur de gravité partielle (PGS) et le plancher à coussin d'air (PABF) pour simuler l'apesanteur et les effets des lois du mouvement de Newton . Des systèmes de formation similaires sont issus de la formation Apollo et Gemini. La réalité virtuelle améliore les sens d'un astronaute pendant les modules de formation tels que les opérations de déconnexion rapide des fluides, les sorties dans l'espace et les réparations du système de protection thermique (TPS) de la navette spatiale de l'orbiteur .

Le laboratoire de réalité virtuelle de la NASA utilise la réalité virtuelle pour compléter l' aide simplifiée pour le sauvetage EVA (SAFER) en tant qu'aide simplifiée. La formation VR propose une simulation graphique en 3 dimensions de la Station spatiale internationale (ISS) avec un casque, des gants à retour haptique et un suiveur de mouvement. En 2018, deux astronautes de l' Expédition 55, Richard R. Arnold et Andrew J. Feustel , ont reçu une formation en réalité virtuelle et effectué la 210e sortie dans l'espace. Le laboratoire de réalité virtuelle offre aux astronautes une expérience VR immersive pour des sorties dans l'espace avant de se lancer dans l'espace. Le processus de formation combine un programme de rendu graphique qui reproduit l'ISS et un appareil appelé Charlotte Robot qui permet aux astronautes d'explorer visuellement leur environnement tout en interagissant avec un objet. Le robot Charlotte est un appareil simple avec un bras métallique fixé sur le côté qui permet à un utilisateur d'interagir avec l'appareil. L'utilisateur porte des gants à retour haptique avec des capteurs de force qui envoient des signaux à un ordinateur central. En réponse, l'ordinateur central manœuvre l'appareil à l'aide d'un réseau de câbles et calcule comment il agirait dans l'espace grâce à la physique. Alors que les objets sont en apesanteur dans l'espace, un astronaute doit se familiariser avec les forces d'inertie d'un objet et comprendre comment l'objet réagira à des mouvements simples pour éviter de le perdre dans l'espace. La formation peut être complétée individuellement ou avec un partenaire. Cela permet aux astronautes d'apprendre à interagir avec la masse et les moments d'inertie dans un environnement de microgravité.

Le Laboratoire de flottabilité neutre (NBL) présente des avantages en simulant un environnement en apesanteur et en reproduisant la sensation de flotter dans l'espace. La méthode d'entraînement est obtenue en construisant un environnement à faible gravité en maintenant la flottabilité naturelle dans l'une des plus grandes piscines du monde. La piscine NBL utilisée pour pratiquer des activités extravéhiculaires ou des sorties extravéhiculaires mesure 62 mètres (202 pieds) de long, 31 mètres (102 pieds) de large et 12 mètres (40 pieds) de profondeur, avec une capacité de 6,2 millions de gallons. Le casque de réalité virtuelle à visiocasque sous-marin (U-HMD) est utilisé pour fournir des informations visuelles pendant la formation avec une fréquence d'images de 60 ips et une résolution d'écran de 1280 par 1440. Le système de formation sous-marine VR a un coût de formation réduit en raison de la l'accessibilité des applications VR, et les astronautes ont besoin de moins de temps pour accomplir la tâche d'entraînement assignée.

Malgré les modules de formation de la NASA, la formation commerciale aux vols spatiaux utilise également la technologie de réalité virtuelle pour améliorer leurs systèmes de formation. L'équipe de réalité virtuelle de Boeing développe un système de formation pour Boeing Starliner afin de former des astronautes au transport entre la Terre et l'ISS. Le système d'entraînement VR peut simuler des situations à grande vitesse et des scénarios d'urgence, par exemple, le lancement, l'entrée dans l'espace et l'atterrissage à un endroit inattendu.

Avantages de la formation en réalité virtuelle

La réorientation visuelle est un phénomène qui se produit lorsque la perception d'un objet change en raison de l'évolution du champ visuel et des signaux. Cette illusion modifiera la perception de l'astronaute de la force d'orientation de la gravité, puis perdra sa direction spatiale. Les astronautes doivent développer une bonne conscience spatiale et une bonne orientation pour surmonter la réorientation visuelle. Dans l'entraînement traditionnel à la désorientation, par exemple, le centre d'entraînement des cosmonautes Youri Gagarine entraîne l'astronaute en simulant un environnement de microgravité à l'aide d'une centrifugeuse. En revanche, la formation VR nécessite moins de matériel, entraînant les astronautes de manière plus économique.

La formation en réalité virtuelle utilise des dispositifs d'interaction réalistes, tels que les cockpits de simulateurs de vol, qui peuvent réduire le mal de la simulation et augmenter les mouvements de l'utilisateur. Par rapport à la formation traditionnelle, la formation VR est plus performante pour minimiser les effets du mal des transports et de la désorientation spatiale. Les astronautes qui ont reçu une formation VR peuvent effectuer la tâche 12% plus rapidement, avec une diminution de 53% des symptômes de nausée.

Alors que la réalité virtuelle est utilisée dans l'entraînement des astronautes au sol, la technologie immersive contribue également à l'entraînement en orbite. VR affichage tête-monté (HMD) peut aider à maintenir l'astronaute bien-être physique dans le cadre de la formation de maintien des compétences. De plus, des systèmes de réalité virtuelle sont utilisés pour assurer la santé mentale des membres d'équipage. Les simulations de scénarios sociaux peuvent atténuer le stress et établir la connectivité sous l'environnement isolé et confiné (ICE).

La réalité virtuelle acclimate les astronautes à des environnements dans l'espace tels que la Station spatiale internationale avant de quitter la Terre. Alors que les astronautes peuvent se familiariser avec l'ISS lors de leur entraînement dans la NBL, ils ne peuvent voir que certaines sections de la station. Bien qu'il prépare les astronautes aux tâches qu'ils effectuent dans l'espace, il ne leur donne pas nécessairement une compréhension spatiale complète de la configuration de la station. C'est là que la réalité virtuelle joue un rôle important. Le Virtual Reality Lab utilise un système connu sous le nom de programme Dynamic Onboard Ubiquitous Graphics (DOUG) pour modéliser l'extérieur de l'ISS, y compris les décalcomanies, les lignes fluides et les lignes électriques, afin que l'équipage puisse s'acclimater à son nouvel environnement. Le niveau de détail va au-delà de l'extérieur de la station. Lorsqu'un utilisateur pénètre dans l'espace, il voit un noir pur jusqu'à ce que sa pupille se dilate et que le ciel se remplisse d'étoiles lors d'un événement appelé «effet de floraison».

Inconvénients de la formation en réalité virtuelle

Alors que la réalité virtuelle prépare les astronautes aux tâches inconnues auxquelles ils seront confrontés dans l'espace, la formation est incapable de reproduire le stress psychologique et émotionnel auquel les astronautes sont confrontés quotidiennement. En effet, les tâches virtuelles n'ont pas les mêmes répercussions que la tâche réelle et la technologie ne produit pas d'effets psychologiques forts, comme la claustrophobie, qui se produit souvent dans des environnements clos.

Stimuler un environnement de microgravité virtuel peut être coûteux en raison des exigences supplémentaires en matière d'équipement. Contrairement à la réalité virtuelle commercialisée, l'équipement utilisé par la NASA ne peut pas être produit à grande échelle car les systèmes nécessitent une technologie supplémentaire. Plusieurs programmes de réalité virtuelle fonctionnent en combinaison avec le laboratoire de flottabilité neutre ou le robot Charlotte dans le laboratoire de réalité virtuelle, ce qui nécessite des installations coûteuses et n'élimine pas la composante de voyage que la réalité virtuelle peut minimiser. Le robot Charlotte de la NASA est limité par des câbles qui simulent l'environnement de microgravité et le Virtual Reality Lab n'a en sa possession que deux machines. Ce système de formation particulier nécessite un système de boîte à gants virtuelle (GVX) qui a été intégré à la formation à la NASA et au système virtuel EVA du Astronaut Center of China. À l'aide de capteurs intégrés dans le tissu, les gants peuvent détecter quand le porteur décide de saisir un objet ou de le relâcher, mais la technologie doit encore être développée pour intégrer les mouvements précis de l'utilisateur dans des programmes virtuels. Il a été rapporté que ces gants sont inconfortables et ne capturent que des mouvements limités. Des capteurs de mouvement du corps entier ont également été intégrés à la formation et ont tendance à être coûteux mais nécessaires afin d'avoir un retour tactile efficace en réponse aux mouvements des astronautes. Alors que des programmes de réalité virtuelle ont été développés qui ne nécessitent pas de capteurs corporels complets, l'absence réduit le degré auquel un utilisateur peut interagir avec le monde virtuel.

Futur

L'objectif principal des futures recherches sur les technologies de réalité virtuelle dans l'exploration spatiale est de développer une méthode de simulation d'un environnement en microgravité. Bien que ce soit un objectif depuis le début de l'utilisation de la réalité virtuelle dans la formation des astronautes, des progrès mineurs ont été réalisés. La configuration actuelle utilise une corde élastique attachée aux pieds d'une personne, une balançoire attachée au corps et enfin un écran VR monté sur la tête (HMD). Cependant, parmi les participants à des expériences qui utilisent cette configuration pour simuler des environnements à gravité réduite, ils ne ressentent que la sensation de se déplacer dans l'espace à l'aide de la réalité virtuelle, mais l'expérience ne ressemble pas à un véritable environnement à gravité zéro dans l'espace. Plus précisément, la pression de la corde élastique et de la balançoire due au propre poids des participants crée une sensation irréelle et désagréable. La technologie actuelle est peut-être suffisante pour que le grand public expérimente à quoi ressemble le déplacement dans l'espace, mais elle est encore loin d'être officiellement utilisée comme outil d'entraînement des astronautes.

Ces efforts de simulation de la microgravité servent un objectif similaire de création d'un environnement de plus en plus immersif pour la formation des astronautes. En fait, il s'agit d'une tendance en développement pour l'ensemble de l'industrie de la réalité virtuelle. L'expérience VR de scène ultime que nous imaginons finira par être marquée par l'élimination entre le monde réel et le monde virtuel.  

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes