正在中国空间站出差的神二十三乘组在轨已满150天，“太空之旅”仍在继续。中国航天员的“太空出差”时长经历了单人单天、多人多天、2人30天、3人3个月、3人6个月的飞行时长，经过技术积累和验证，当前航天员乘组半年轮换机制已常态化，一年期在轨驻留试验正稳步推进。
空间站长期飞行任务类型复杂、驻留时间长、安全风险高，面临诸多人因与工效学挑战。航天员作为任务的主体与核心，承担着航天器组装和维护维修、运行监控和站务管理、航天器动态操控、空间科学实（试）验研究等多类型、高要求的复杂任务。
为此，科研人员以确保航天员安全、高效工作为目标，结合中国空间站建设运营实际，开展了系列人因与工效学研究，从航天员能力特性、人机界面与人机交互、人误与人因可靠性、人-系统整合设计与评估等方面开展了大量研究与工程应用，有力支撑了空间站的研制与安全高效运行。
要了解“人在太空会怎样”，需要摸清航天员在长期飞行任务中的工作能力。科研人员从航天员体力作业能力、认知作业能力、人服作业能力等方面，开展了操作力、运动学、形态参数测量、眼手协调、空间认知等多项在轨研究，持续采集和积累能力特性数据，构建了航天员作业能力基本数据库，分析揭示长期飞行下航天员能力特性变化的相关规律，为空间站工效学要求复核和修订、载人登月梦舟飞船工效学要求研制提供了重要基础数据支撑和理论依据。
围绕典型体力作业类航天任务的关键能力特性，持续积累长期空间飞行中的人体形态参数、运动特性与操作力能力数据，包括身高、坐高、腿围等形态数据，手握力、插拔力、旋转力、推拉力等典型操作力，以及不同姿态下的关节角度和占位空间。
例如，通过“长期在轨典型姿态下操作力变化规律研究”项目开展在轨测试与数据采集，对比分析推拉力、旋转力等操作力的天地差异及在轨变化，探究其变化机制。
研究结果表明，在形态参数方面，平均身高170厘米的航天员在轨身高较地面立姿身高平均增加约2～3厘米，脊柱延展可能是这一变化的主要原因；生物力学方面，航天员推拉力、单臂和双臂旋转力变化不显著；手握插拔力、手握旋拧力和手轮旋转力随时间逐渐下降，最高单项降幅超10%；指捏力、手握力、指捏插拔力和指捏旋拧力矩呈先降后恢复趋势；推拉力、双臂旋转力、单臂旋转力和手轮旋转力施力受足部束缚程度影响，单脚束缚较双脚束缚施力下降约20%。
面向狭窄空间维修等需求，首次在轨采集航天员极限体位姿态，获取了航天员利用软质脚限进行前倾/后仰、左右倾斜时可稳定工作的躯干最大倾斜角度。同时结合穿脱舱内压力服、在轨实验等作业获取典型操作姿态，为梦舟载人飞船内部空间、相关工作台设计改进提供支撑。
围绕典型认知作业类航天任务相关的关键能力特性，系统开展长期空间飞行对航天员认知与精细操作能力的影响研究，积累了包括空间认知、眼手协调、持续注意、工作记忆等能力数据。
例如，依托“精细动作控制的变化规律及适应性学习机制研究”项目，对航天员开展精细动作适应、精细力量控制、物体重量感知等多项测试，探究其精细操作控制的稳定性、准确性及协调性变化规律。
研究发现，在入轨3周至5个月的测试时间点，航天员基于计算机屏幕的空间认知测试绩效相较于飞行前后无显著差异，简单反应、目标追踪、目标点击等操作绩效亦未见明显改变。但要求快速到位的点到点滑动操作出现运动变缓，要求注意力高度集中的节奏按键任务则表现为按键时间间隔变异性增大。研究推测，精细动作控制中前馈控制较反馈控制更易受微重力影响；微重力之外的非特异性应激因素通过影响注意功能作用于精细运动控制等。
人服作业能力是出舱活动任务设计和舱外设备人因设计的重要依据，通过地面模拟环境测试和在轨飞行测试，科研人员建立了人服作业能力数据库。
基于空间站历次出舱活动任务的在轨数据，建立了航天员出舱活动在轨操作状态数据库，可分阶段、分类别开展航天员在轨操作动素分析，对比出舱活动不同阶段的时长、不同作业对象的操作效率等，通过对在轨操作数据的分析挖掘，为后续出舱任务的流程设计、作业时长预测和任务风险评估提供支持。同时，通过摄影测量技术对航天员舱外典型动作的运动学和动力学数据进行测量，获取人服系统作业能力变化规律。研究发现，操作过程中辅助助力及施力方向对航天员姿态稳定性影响较大。
长期空间飞行任务中，“太空家园”的适人性、适居性设计对航天员在轨绩效和人误发生概率有着极重要的影响。空间站建造以来，地面飞控人员通过人因观测、航天员主动反馈调查等办法，持续收集飞行任务中的工效验证数据和问题，直接用于指导物资管理、工具统型、仪表界面等多项工程优化设计。
历次飞行任务中，航天员乘组曾在轨开展“空间站任务人因适居性数据获取研究”相关工作，通过在轨填写半结构式问卷、拍摄视频等方式，完成舱内全景影像拍摄与3D扫描工作。地面科研人员针对就餐、睡眠、锻炼、卫生活动等近40项适居性影响要素，从舱内空间布局、任务与时长、人员类型等维度开展适居性数据挖掘。
研究发现，从空间布局维度，整舱环境变化尤其是物资相关布局状态对适居性感受影响突出；从时间变化维度，揭示了同一飞行任务不同阶段适居性感受的变化趋势，探索了各阶段适居性感受的主要影响因素，以及各影响因素间关联/耦合关系；从乘组维度，明确了不同角色、职责、年龄、飞行经历人员在适居性感受及敏感点上的显著性差异。以上研究结果支撑了空间站适居性相关工效学要求修订以及工程设计优化，可有效支撑后续载人航天人因适居性设计相关指南、标准的制定。
我国在早期空间实验室任务中首次完成了脑机交互技术的在轨验证，并在空间站中持续推进。同时在空间站飞行任务中，科研人员策划了基于空间飞行机器人开展人机高效协作方法研究、人机信任研究等。后续空间飞行任务中，将围绕先进交互技术的适人性设计、人-智能系统功能分配、协同模式、人机信任等研究需求，开展脑机、语音、眼动、体感、VR/AR等多模态的交互技术研究，构建航天员-舱内智能飞行机器人高效协作方法，揭示空间环境下的人机信任机制，优化人机协作效能。
围绕航天员在轨作业中的关键行为与能力特性，从行为、生理、神经等层面深入研究和抽取相关的人因测试指标，在充分考虑在轨特因环境测试约束的基础上，构建和验证了系列航天员在轨行为与能力测试和干预的技术与方法，形成了包括认知和脑功能、运动生物力学、环境模拟和测试、适居性数据采集等系列化测试平台。研发并初步验证了脑疲劳干预、警觉度提升、睡眠质量提升等方法和装备，为长期在轨飞行中航天员作业能力维持与增强提供技术储备。
从单人单天飞行到多人半年驻留，中国航天员的在轨时长不断刷新。依托空间站阶段飞行任务，科研人员建立了长期飞行下航天员体力、认知和人服作业能力基线；构建了面向空间站常态化运行的跨任务、跨周期、跨人员的适居性数据收集和影响因素分析方法，形成了覆盖不同任务、不同飞行阶段的人因与工效问题和建议库；研发了适于在轨飞行场景的一体化人因测试范式及工具，探索了人员能力维持与增强技术。随着后续航天员一年期在轨驻留试验的推进，更多研究成果将为飞行任务规划、航天员状态评估、空间站优化设计及安全高效运营提供有力支撑。
来源：[1]王春慧,姜昌华,王波,等.中国空间站飞行任务人因与工效学研究[J].载人航天,2025,31(3):293-301.
编辑：张馨方
校对：郝祎咛、吴馥桐、王奕潼
