Comparison of On-Orbit Manual Attitude Control Methods for Non-Docking Spacecraft Through Virtual Reality Simulation

本文介绍了载人航天器在轨手动姿态控制的方法，使用外部视觉参考和三轴姿态控制。过去、现在和正在研发中的航天器都具备手动控制姿态以进行返回轨道的能力。美国国家航空航天局（NASA）的航天器允许机组人员使用类似飞机挡风玻璃的前视图，在返回轨道时可看到地球地平线的弧度。俄罗斯和中国的航天器允许机组人员使用底视图，在返回轨道时可以看到整个地球圆形地平线盘。本研究比较了这两种外部视图在实现返回轨道姿态的效率。我们使用了自己开发的Unity虚拟现实（VR）航天器模拟器。任务是在400公里圆形轨道上准确实现返回轨道姿态。六名军事试飞员和六名具有游戏经验的平民使用了两种视觉参考方法来完成任务。比较基于所需时间、燃料消耗、认知负荷评估和用户偏好。我们使用眼部参数、脑电图、NASA TLX和IBM SUS来量化结果。我们的研究发现，底视图更容易操作手动返回轨道任务。此外，我们意识到基于VR的系统可以作为训练模拟器，用于飞行员和非飞行员进行手动在轨飞行路径控制任务的训练。我们研究的结果可以用于设计现有和未来航天器的手动在轨姿态控制。

研究比较不同的外部视图对于载人航天器手动姿态控制的影响，以提高现有和未来航天器的手动控制能力。

使用Unity虚拟现实（VR）航天器模拟器进行比较研究，发现底部视图比飞行员前视窗视图更容易操作手动姿态控制任务，并且VR系统可以作为飞行员和非飞行员手动控制任务的培训模拟器。

实验使用了6名军用试飞员和6名有游戏经验的普通人，比较了两种视图对于手动姿态控制任务的时间、燃料消耗、认知负荷评估和用户偏好。使用了眼部参数、EEG、NASA TLX和IBM SUS等指标进行量化分析。研究结果可以用于设计现有和未来航天器的手动控制能力。

最近相关研究包括《基于虚拟现实的火箭发射培训系统》、《基于虚拟现实的空间站维修培训系统》等。