タッチスクリーンは不人気？有人宇宙船のボタンは非常に特殊である

天河コアモジュールの軌道投入成功により、中国の有人宇宙計画は完全に宇宙ステーションの時代に入った。それぞれ3人の宇宙飛行士からなる2つの乗組員が、それぞれ神舟XII号とXIII号宇宙船に乗り込み宇宙に飛び立ち、天宮宇宙ステーションに駐留して任務に就いた。

空と地をつなぐ動画からは宇宙船の内部レイアウトを垣間見ることができ、注意深いネットユーザーの中には宇宙船と宇宙ステーションの内部にある多数のボタンに気づいた人もいた。これらのボタンは複雑な機能を備えており、宇宙飛行士が宇宙で宇宙船をより適切に制御できるように設計者によって注意深く設計されています。

宇宙飛行士は取扱説明書を読みながらボタンを操作する

# 眩しいコントロールエリア#

1970 年代以前は、コンピュータ技術がまだ十分に成熟していなかったため、科学研究者はアセンブリ言語を使用して宇宙船の操作手順を開発していました。有人宇宙船は、ディスプレイを通じて状態や操作手順を表示し、多数のジョイスティック、ボタン、警報灯、計器などを備えていました。

当時、米国とソ連の有人宇宙船のほとんどは電気機械式計器を使用しており、コックピットのレイアウトは同時期の航空機コックピットの「T」字型レイアウトを借用していました。有人宇宙船の航行ミッションに従って、主要タスクを完了するために、全姿勢指示器、地平線、飛行高度、その他の基本計器など、宇宙飛行士が操作する最も重要な計器が宇宙飛行士の主な視野内に配置されます。さらに、いくつかの小さな飛行計器がメインの観覧エリアの近くに設置されています。

写真家のダン・ウィンターズ氏はかつて、「スペースカプセル」と題した写真集を撮影したが、そこには「エンデバー」、「アトランティス」、「ディスカバリー」の3機のスペースシャトルのコックピットが写っていた。コックピットのコントロールパネルの近くには、さまざまな形や機能のボタンが配置されており、コックピットの4つの壁や「天井」にも取り付けられています。

2015年1月16日、NASAは国際宇宙ステーションの内部構造のビデオを公開しました。宇宙飛行士の生活、宇宙ステーションのメンテナンス、科学研究などのニーズを満たすために、宇宙ステーションのボタンの機能はより豊富になっています。

NASAが国際宇宙ステーション内部の写真を公開

これらのボタンには、宇宙船の正常な動作を確保するためのボタン、主に姿勢制御システム、生命維持システム、無線および通信システムなどを制御するボタンが含まれます。空気再生システム、廃水処理・再生システム、宇宙サービスなどを制御するボタンなど、宇宙飛行士の仕事と生活を保障するボタンもあります。その機能には、宇宙船の飛行姿勢の制御、宇宙船の動作状態の監視、宇宙飛行士の生命の保護などが含まれます。しかし、ほとんどの場合、これらのシステムはコンピューターによって自動的に制御されており、宇宙飛行士は緊急時や特別な必要がある場合にのみ手動でボタンを操作します。

# 歓迎されないタッチスクリーン#

有人宇宙船には多数のボタンがあるため、科学的かつ合理的な設計が特に重要です。トラブルが発生しやすいさまざまな設計を避けながら、操作のしやすさを確保する必要があります。

例えば、有人宇宙船が宇宙空間で運航している場合、複雑な宇宙環境のため、宇宙飛行士はボタンを操作するために逆さまの姿勢になることが多く、複雑なコマンドを入力することが困難になります。したがって、ボタンを定義するときは、宇宙飛行士が頻繁にコマンドを入力したり、長すぎるコマンドを入力したりしないようにする必要があります。

有人宇宙船では、広い範囲でタッチスクリーンを使用することを避ける必要があります。タッチスクリーンは操作が簡単なため人々の生活に大きな利便性をもたらしましたが、有人宇宙船にはほとんど搭載されていません。何故ですか？

まず、操作性という観点から言うと、タッチスクリーンは「誤操作」が起きやすいです。 「押す」必要がある物理ボタンとは異なり、タッチ スクリーン上の仮想ボタンは「クリックするだけ」で操作できます。飛行中は宇宙船が激しく揺れ、一発で目標に命中するのは非常に難しいため、現時点では宇宙飛行士がタッチスクリーンで宇宙船を制御するのは困難です。

第二に、信頼性の観点から、タッチスクリーンは物理ボタンよりも問題や破損が発生する可能性が高く、問題が発生すると画面全体のコントロールキーが使用できなくなります。タッチスクリーンが主制御システムの唯一の操作媒体になった場合、問題が発生すると宇宙飛行士は宇宙船を制御できなくなります。

対照的に、物理的なボタンは最も信頼性の高い設計として長い間認識されており、有人宇宙船の開発に役立ってきました。操作プロセス中に物理的なフィードバックが提供され、タッチスクリーンよりもリアルで正確です。

オリオン宇宙船制御インターフェース

# ボタンデザインの 5 つの原則#

宇宙船は、命令を入力して出力結果を待つだけのプログラマーのコンピュータではありません。日常の飛行では、宇宙飛行士は船外メンテナンス、科学実験、人間の健康テストなどのタスクを完了するために手動でボタンを押す必要があります。デザイナーがユーザーのニーズに基づいて製品を設計するための主な原則は 5 つあります。

まず、ボタンのデザインは絶対にシンプルでなければなりません。複雑な機能は 1 つのボタンに集中し、1 つのコントロール ボタンで 1 つの機能を完了する必要があります。ボタンはそれぞれ独立しているため、1 つのボタンが破損しても他のボタンの正常な動作には影響しません。

たとえば、キャビンのドッキングと分離の動作は、プログラム設定に従ってドッキングと分離を制御するボタンと、手動でドッキングと分離を行うボタンを含む独立したボタンによって制御されます。

第二に、操作説明書を提供する必要があります。宇宙船の設計者は操作手順書を準備しているが、実証と検証テストを完璧に完了するには、これらの操作を習得するのにまだ多くの時間を費やす必要がある。宇宙飛行士は宇宙船の設計者ではありません。宇宙飛行士は高圧的な環境下で長期にわたる訓練を受けているとはいえ、操作手順の記憶に完全に頼ることはできません。代わりに、緊急時に備えて操作マニュアルを備えておく必要があります。

「神舟12号」の宇宙飛行士は、設計者がユーザーのために特別に用意した操作説明書を手に持ちながら操作を行っていた。

3番目に、ボタンの位置は機能の重要度に応じて配分され、異なる色のボタンライトを設定する必要があります。これらの設計により、宇宙飛行士はボタン機能の重要性を直感的に理解できるようになり、検索時間が短縮され、操作が容易になるとともに、エラーの可能性も減ります。

米国のスペースシャトルのボタンは上記の原則に従っています。これらの異なる色のボタンはコントロール パネル上に整然と規則的に配置されているため、一目でわかります。

4番目に、重要な指標とアラームが一目でわかります。有人宇宙船に問題が発生した場合、警報に加えて警告灯が点滅する必要があり、警告灯も警報の重大度を区別するために異なる色に設定されています。

赤は最も高い警報を示し、酸素が不足している場合など、最も困難な問題は最も明白な位置に配置する必要があります。

第五に、誤操作を防止する設計が必要です。戻るボタンなどの重要なコントロールボタンには、誤って触れることを防ぐために保護カバーを装備する必要があります。宇宙飛行士がミッション中に誤って帰還ボタンを押したと想像してください...

さらに、有人宇宙船では、運用プロセスを調整するためにソフトウェアとハ​​ードウェアが使用されます。たとえば、宇宙船の姿勢制御は、測定装置、データ処理システム、アクチュエータの 3 つの部分によって完了します。

# 今後の開発動向#

人間とコンピュータの相互作用は、人間中心の設計コンセプトに準拠しています。長年の開発を経て、音声制御技術のレベルは急速に向上しました。音声認識技術のサポートにより、コンピューターは人間の言語コマンドを理解して制御を完了できます。この技術は有人宇宙船の飛行を自動化するために使用できる可能性があります。この機能の拡張により、宇宙飛行士の作業時の身体的負担が軽減されるだけでなく、反応時間も短縮されます。

2020年5月31日、スペースX社が開発した有人ドラゴン宇宙船が初飛行に成功した。打ち上げでは、運搬ロケットに加え、有人ドラゴン宇宙船の運用システムにも多くの人が注目した。コントロールインターフェースには多くのボタンやダイヤルはなく、代わりにテスラの電気自動車のタッチスクリーンを上に移動したような超大型タッチスクリーンが使用されています。多くの複雑なシステムが画面上に統合されており、オペレーティング システム全体が非常にクールで素晴らしいものに見えます。物理的なボタンが少ないため、コックピット全体は非常にシンプルでテクノロジーが満載に見えます。

有人ドラゴン宇宙船の超大型タッチスクリーン

有人ドラゴン宇宙船の緊急時使用

物理ボタン

航空宇宙技術の継続的な発展に伴い、一連の変化が段階的に起こり、有人宇宙船の物理的なボタンの数は徐々に減少しています。

タッチスクリーンの信頼性の向上と音声アシスタント技術の発展により、おそらく近い将来、有人宇宙船は非常に使いやすくなり、宇宙船のあるべき姿に関する私たちの想像にさらに沿ったものになるでしょう。

出典/中国航空宇宙ニュースWeChat公式アカウント 文/馬振正

編集者/ヤン・シーシュアン

レビュー/ヤン・ジエ

プロデューサー/曹暁勇