Touchscreen unbeliebt? Die Knöpfe an bemannten Raumfahrzeugen sind sehr speziell

Mit dem erfolgreichen Eintritt des Kernmoduls Tianhe in die Umlaufbahn ist Chinas bemanntes Raumfahrtprogramm vollständig in die Ära der Raumstationen eingetreten. Zwei Besatzungen, bestehend aus jeweils drei Astronauten, bestiegen die Raumschiffe Shenzhou XII und XIII ins All und stationierten sich zum Dienst auf der Raumstation Tiangong.

Aus dem Video, das Himmel und Erde verbindet, können wir einen Blick auf die Innenstruktur des Raumschiffs werfen und einigen aufmerksamen Internetnutzern sind die vielen Knöpfe im Inneren des Raumschiffs und der Raumstation aufgefallen. Diese Tasten haben komplexe Funktionen und wurden von Designern sorgfältig entworfen, um Astronauten eine bessere Steuerung des Raumfahrzeugs im Weltraum zu ermöglichen.

Astronauten betätigen Knöpfe und lesen dabei die Bedienungsanleitung

# Blendender Kontrollbereich#

Vor den 1970er Jahren war die Computertechnologie noch nicht ausgereift genug, und Wissenschaftler verwendeten Assemblersprache, um Betriebsanweisungen für Raumfahrzeuge zu entwickeln. Bemannte Raumfahrzeuge zeigten Status und Betriebsverfahren über Displays an und waren mit einer großen Anzahl Joysticks, Knöpfen, Alarmleuchten, Instrumenten usw. ausgestattet.

Zu dieser Zeit verwendeten die meisten bemannten Raumfahrzeuge der Vereinigten Staaten und der Sowjetunion elektromechanische Instrumente, und die Anordnung des Cockpits war der T-förmigen Anordnung der Flugzeugcockpits der gleichen Zeit entlehnt. Gemäß der Navigationsmission des bemannten Raumfahrzeugs werden die wichtigsten Instrumente, die Astronauten bedienen müssen, wie z. B. Lageanzeiger, Horizont, Flughöhe und andere grundlegende Instrumente, im Hauptsichtfeld der Astronauten platziert, um die Hauptaufgaben zu erfüllen. Darüber hinaus sind einige kleinere Fluginstrumente in der Nähe des Hauptaussichtsbereichs platziert.

Der Fotograf Dan Winters hat einmal eine Fotosammlung mit dem Titel „Space Capsule“ aufgenommen, die die Cockpits von drei Space Shuttles zeigt: „Endeavour“, „Atlantis“ und „Discovery“. In der Nähe des Cockpit-Bedienfelds sind Knöpfe unterschiedlicher Form und Funktion angeordnet, an den vier Wänden des Cockpits und sogar an der „Decke“ installiert.

Am 16. Januar 2015 veröffentlichte die NASA ein Video der Innenstruktur der Internationalen Raumstation. Um den Anforderungen des Astronautenlebens, der Raumstationswartung, der wissenschaftlichen Forschung usw. gerecht zu werden, sind die Funktionen der Raumstationstasten umfangreicher.

NASA veröffentlicht Fotos vom Inneren der Internationalen Raumstation

Zu diesen Knöpfen gehören solche, die den normalen Betrieb des Raumfahrzeugs sicherstellen, hauptsächlich Knöpfe zur Steuerung des Lageregelungssystems, des Lebenserhaltungssystems, des Funk- und Kommunikationssystems usw.; Darüber hinaus gibt es Knöpfe, die die Arbeit und das Leben der Astronauten sicherstellen, wie etwa Knöpfe zur Steuerung des Lufterneuerungssystems, des Abwasseraufbereitungs- und Regenerationssystems sowie der Weltraumdienste. Zu ihren Funktionen gehören die Steuerung der Fluglage des Raumfahrzeugs, die Überwachung seines Betriebszustands und der Schutz des Lebens der Astronauten. Meistens werden diese Systeme jedoch automatisch von Computern gesteuert und Astronauten betätigen diese Knöpfe nur in Notsituationen oder bei besonderen Anforderungen manuell.

# Unerwünschter Touchscreen#

Da bemannte Raumfahrzeuge über so viele Knöpfe verfügen, ist eine wissenschaftliche und sinnvolle Konstruktion besonders wichtig. Dabei gilt es, eine einfache Bedienung zu gewährleisten und gleichzeitig fehleranfällige Konstruktionen zu vermeiden.

Wenn beispielsweise ein bemanntes Raumschiff im Weltraum operiert, müssen sich Astronauten aufgrund der komplexen Weltraumumgebung beim Bedienen von Knöpfen häufig in einer kopfüber liegenden Position befinden, was die Eingabe komplexer Befehle erschwert. Daher muss beim Definieren von Schaltflächen darauf geachtet werden, dass Astronauten häufige oder zu lange Befehle eingeben.

Auch in bemannten Raumfahrzeugen muss auf die großflächige Nutzung von Touchscreens verzichtet werden. Touchscreens haben das Leben der Menschen erheblich erleichtert, da sie leicht zu bedienen sind. In bemannten Raumfahrzeugen sind sie jedoch selten anzutreffen. Warum ist das so?

Erstens sind Touchscreens aus Sicht der Bedienbarkeit anfälliger für Fehlbedienungen. Im Gegensatz zu physischen Tasten, die „gedrückt“ werden müssen, können die virtuellen Tasten auf dem Touchscreen „einfach angeklickt“ werden. Das Raumschiff wird während des Fluges heftig gerüttelt und es ist sehr schwierig, das Ziel mit einem Schuss zu treffen. Daher ist es für Astronauten zu diesem Zeitpunkt schwierig, das Raumschiff über den Touchscreen zu steuern.

Zweitens besteht aus der Perspektive der Zuverlässigkeit bei Touchscreens die Gefahr von Problemen oder Beschädigungen eher als bei physischen Tasten. Sobald ein Problem auftritt, werden die Steuertasten auf dem gesamten Bildschirm unbrauchbar. Wenn der Touchscreen zum einzigen Bedienmedium für das Hauptsteuerungssystem wird, verlieren die Astronauten bei einem Problem die Kontrolle über das Raumschiff.

Im Gegensatz dazu gelten physische Knöpfe seit langem als die zuverlässigste Konstruktion und begleiten die Entwicklung bemannter Raumfahrzeuge. Es gibt den Menschen während des Bedienungsvorgangs physisches Feedback, das realistischer und genauer ist als der Touchscreen.

Steuerungsschnittstelle für Orion-Raumfahrzeuge

# Fünf Prinzipien des Button-Designs#

Ein Raumschiff ist kein Computer für Programmierer, in den sie einfach Anweisungen eingeben und auf die Ausgabeergebnisse warten können. Im täglichen Flug müssen Astronauten manuell Knöpfe drücken, um Aufgaben wie die Wartung außerhalb des Fahrzeugs, wissenschaftliche Experimente und Gesundheitstests für Menschen durchzuführen. Es gibt fünf Hauptprinzipien für Designer, um Produkte basierend auf den Benutzeranforderungen zu entwerfen:

Erstens muss das Design der Schaltflächen absolut einfach sein. Komplexe Funktionen sollten auf einer Taste konzentriert sein und eine Steuertaste sollte eine Funktion ausführen. und die Tasten sind unabhängig voneinander, sodass die Beschädigung einer Taste keinen Einfluss auf die normale Funktion der anderen Tasten hat.

Beispielsweise werden die Andock- und Trennvorgänge der Kabine über unabhängige Tasten gesteuert, darunter Tasten zum Steuern des Andockens und Trennens gemäß den Programmeinstellungen sowie Tasten zum manuellen Andocken und Trennen.

Zweitens sollte eine Bedienungsanleitung mitgeliefert werden. Die Konstrukteure des Raumfahrzeugs haben zwar Betriebsanweisungen vorbereitet, müssen jedoch noch viel Zeit darauf verwenden, diese Vorgänge zu beherrschen, bevor sie die Demonstrations- und Verifizierungstests perfekt abschließen können. Astronauten sind keine Raumschiffkonstrukteure. Obwohl die Astronauten ein langfristiges Training absolviert haben, können wir uns in einer Umgebung mit hohem Druck nicht vollständig auf das Gedächtnis der Astronauten hinsichtlich der Betriebsanweisungen verlassen. Stattdessen müssen sie für den Notfall mit Bedienungsanleitungen ausgestattet sein.

Während der Durchführung der Operationen hielten die Astronauten von „Shenzhou XII“ die Bedienungsanleitung in ihren Händen, die von den Designern speziell für die Benutzer bereitgestellt wurde.

Drittens sollten die Tastenpositionen entsprechend der Wichtigkeit ihrer Funktionen verteilt und Tastenbeleuchtungen in unterschiedlichen Farben eingestellt werden. Diese Designs können Astronauten dabei helfen, die Bedeutung der Tastenfunktionen intuitiv zu verstehen, was die Suchzeit verkürzen und die Bedienung erleichtern kann, während gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit von Fehlern verringert wird.

Die Knöpfe des US-Space Shuttle folgen den oben genannten Prinzipien. Diese verschiedenfarbigen Schaltflächen sind übersichtlich und regelmäßig auf dem Bedienfeld angeordnet, sodass sie auf den ersten Blick klar erkennbar sind.

Viertens sind wichtige Anzeigen und Alarme auf einen Blick klar ersichtlich. Wenn in einem bemannten Raumfahrzeug ein Problem auftritt, muss zusätzlich zum Alarm eine Warnleuchte blinken. Außerdem muss die Warnleuchte verschiedene Farben aufweisen, um die Schwere des Alarms deutlich zu machen.

Rot kennzeichnet den höchsten Alarm und die schwierigsten Probleme müssen an der offensichtlichsten Stelle platziert werden, beispielsweise wenn nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist.

Fünftens muss eine Konstruktion vorhanden sein, die eine unbeabsichtigte Betätigung verhindert. Wichtige Bedientasten sollten mit Schutzabdeckungen ausgestattet sein, um versehentliches Berühren zu verhindern, wie zum Beispiel die Return-Taste. Stellen Sie sich vor, ein Astronaut drückt während einer Mission versehentlich die Eingabetaste ...

Darüber hinaus werden in bemannten Raumfahrzeugen Software und Hardware verwendet, um den Betriebsablauf zu koordinieren. Beispielsweise besteht die Lageregelung eines Raumfahrzeugs aus drei Teilen: dem Messgerät, dem Datenverarbeitungssystem und dem Aktuator.

# Zukünftige Entwicklungstrends#

Die Mensch-Computer-Interaktion folgt dem menschenzentrierten Designkonzept. Nach Jahren der Entwicklung hat sich das Niveau der Sprachsteuerungstechnologie rasant verbessert. Mithilfe der Spracherkennungstechnologie können Computer menschliche Sprachbefehle verstehen und so die Steuerung übernehmen. Diese Technologie könnte zur Automatisierung des Fluges bemannter Raumfahrzeuge eingesetzt werden. Durch die Erweiterung dieser Funktion kann nicht nur die körperliche Belastung der Astronauten bei ihren Einsätzen verringert, sondern auch ihre Reaktionszeit verkürzt werden.

Am 31. Mai 2020 absolvierte das von SpaceX entwickelte bemannte Raumschiff Dragon erfolgreich seinen Erstflug. Während des Starts schenkten viele Menschen neben der Trägerrakete auch dem Betriebssystem des bemannten Raumschiffs Dragon Aufmerksamkeit. Seine Bedienoberfläche verfügt nicht über viele Knöpfe und Drehregler, sondern verwendet stattdessen einen supergroßen Touchscreen, der aussieht, als wäre der Touchscreen eines Elektroautos von Tesla nach oben verschoben worden. Auf dem Bildschirm sind viele komplexe Systeme integriert und das gesamte Betriebssystem sieht sehr cool und erstaunlich aus. Da es nur wenige physische Tasten gibt, wirkt das gesamte Cockpit sehr schlicht und voller Technik.

Extragroßer Touchscreen des bemannten Dragon-Raumschiffs

Für den Notfalleinsatz auf dem bemannten Raumschiff Dragon

Physische Tasten

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Luft- und Raumfahrttechnologie kommt es schrittweise zu einer Reihe von Änderungen, und die Anzahl der physischen Knöpfe in bemannten Raumfahrzeugen nimmt allmählich ab.

Mit der Verbesserung der Zuverlässigkeit von Touchscreens und der Entwicklung von Sprachassistenten-Technologien werden bemannte Raumfahrzeuge vielleicht schon in naher Zukunft sehr einfach zu bedienen sein und eher unseren Vorstellungen davon entsprechen, wie ein Raumfahrzeug aussehen sollte.

Quelle/China Aerospace News WeChat Offizieller Account Text/Ma Zhenzheng

Herausgeber/Yang Sishuang

Rezension/Yang Jie

Produzent/Cao Xiaoyong