人-飞船系统

人-飞船系统，是载人航天条件下的一种“人机系统”。它从通过控制器直接作用来执行各种操作起，一直到由高级计算机语言来完成各种动作止，其中包括监视、识别、决策和控制等一系列功能，是整个载人航天任务赖以完成的核心。所以，设计一个优良的人-飞船系统，是实现载人航天计划的关键步骤。
人-飞船系统的设计可以有不同方案。第一种方案可称为“完全自动”系统。在这种系统中，人几乎是不参与系统运行，他只是被动地监视和管理系统。在早期的载人航天中，由于对人在飞船上的工作能力不甚了解，当时的设计原则就基本如此。第二种方案是“完全手动”系统。对这种系统来说，必须为航天员提供宽大的舷窗，合适的控制器，以及恰当的航图和表格。这种方案在燃料不受限制时是可行的，但在燃料有限的飞船里，这种方法很值得怀疑。上述两种方案实质上代表了两个极端，因而是不完善的。第三种方案被称为“手动辅助”系统。这种系统实质上是把人和机器的优点有机地结合在一起，形成一个优良的“人-飞船”系统。设计原则是：
❶系统无需地面支援也能完成全部任务，也就是说，系统具有自主能力。
❷对某种特定功能来说，如果手动控制能够完成自动控制的作业，并能改善和简化操作，就应该有效地让航天员参与到系统中去。
❸系统应为航天员提供合适的显示仪表和控制手段。
❹在多人飞船里，系统应该设计得使一个航天员也能完成从飞行中任何一点安全返回地球所需的全部功能。对任何一种载人航天任务来说，它不仅要准确地进行发射、到达和返回，而且还要精确地确定轨迹、轨道和速度。例如，阿波罗飞船的登月飞行，从地面发射开始，经过月面着陆，最后返回地球，全部过程一共包括15个阶段。
人-飞船系统的工作特点可概括为三种基本功能。第一，航行功能。它包括三种测量和计算，如： 确定飞船的当前位置和速度；确定若不操作时，当前运动将把飞船送往何处；还有为继续执行任务，下一步将要怎样操纵等。第二，制导功能。即必须在加速飞行期间不断进行测量和计算，以产生必要的控制信号来改变飞船的速度和位置。第三，控制功能。主要用来管理飞船姿态。在自由降落的惯性飞行和动力加速飞行期间，就必须利用这种功能把飞船的姿态调整和稳定在某个所需方向上。
为了完成上述三种功能，自动控制与手动控制、人和机器必须进行最有效地结合。下图概括了这种结合的一般情况。

人-飞船系统的功能组合 (引自J L Nevins,1967)

值得强调的是，在设计人-飞船系时，应该特别重视船载计算机的有效性和航天员/计算机界面的灵活性。一个良好的人-飞船系统，应该使航天员能以各种途径、并能在各级水平上最充分地结合到各种特定系统中去。在阿波罗飞船中，配备了一整套制导计算机及相应的显示和键盘系统。在此系统中，除一些必要显示外，还含有一个“程序”、“动词”和“名词”的场致发光显示器和相应的控制按钮。根据每个飞行阶段的任务 （如中途校正或月球着陆），航天员可从100条程序中任选一条，每条程序又可选100个动词和100个名词中的任何一个。例如，在相当于月球轨道阶段的程序中，航天员可选一个动词“计算”和一个名词“失败速度”，这时在三个五位数字的显示器上就能看到失败速度的三个正交分量。这些数字的不断变化就告诉航天员，若此时此刻飞行失败，安全返回地球的应有速度是什么。很显然，共有一百万种(106)可能性供航天员与计算机发生联系。这样一来，由于船载计算机的有效参与，大大提高了人-飞船系统的工作效能，从而保证航天任务顺利进行。