Thiết kế nội thất tàu vũ trụ Orion: Khi công nghệ phục vụ con người ở tốc độ 40.000 km/h

Khi các phi hành gia của sứ mệnh Artemis II chuẩn bị cho giai đoạn kịch tính và nguy hiểm nhất của hành trình — quay trở lại bầu khí quyển Trái Đất — toàn thế giới sẽ dõi theo khoang tàu Orion và những con người bên trong nó. Những hình ảnh được công bố từ bên trong khoang tàu đã cho công chúng cái nhìn thoáng qua về cuộc sống của phi hành gia, từ màn hình hiển thị tin nhắn đến nhà vệ sinh và cách khắc phục sự cố của nó.

Mọi thiết bị công nghệ bên trong khoang Orion đều được thiết kế không chỉ để chịu đựng sức ép khủng khiếp khi phóng và hạ cánh, mà còn để tối ưu hóa tương tác với con người. Các yếu tố con người — cảm giác cá nhân, đôi khi khó nắm bắt khi tương tác với công nghệ hoạt động trực quan và nâng cao cuộc sống — hiện đang là trọng tâm trong thiết kế tàu vũ trụ.

Phi hành gia Artemis II chụp ảnh Mặt Trăng qua cửa sổ tàu Orion

Ưu tiên hàng đầu là sự an toàn

Nguyên tắc đầu tiên và quan trọng nhất của các yếu tố con người luôn là sự an toàn. Điều này bao gồm an toàn cho phi hành gia và thứ hai là an toàn cho tàu vũ trụ. Khoang tàu phải trải qua các bài kiểm tra nghiêm ngặt để đảm bảo nó có thể chịu được lực tác động lớn khi tái nhập khí quyển, và ngay cả những vật dụng bình thường cũng phải được kiểm tra tương tự vì chúng trở nên cực kỳ quan trọng.

Khi bạn chuẩn bị lao vào khí quyển với tốc độ gần 40.000 km/h, bạn tốt nhất nên đảm bảo rằng mình đang ngồi trên một chiếc ghế được thiết kế tốt.

"Ghế có thể cứu mạng người," Olga Bannova, giám đốc chương trình sau đại học về kiến trúc không gian tại Đại học Houston, cho biết.

Ghế phải chịu được tải trọng va đập khổng lồ trong khi truyền càng ít lực càng tốt lên phi hành gia ngồi trên đó. Thiết kế ghế tốt được coi là cách hiệu quả nhất để ngăn ngừa thương tích trong quá trình hạ cánh, đặc biệt là trong các tình huống khẩn cấp. Ghế cần phải thoải mái ngay cả khi phi hành gia chịu lực G ép người vào ghế trong quá trình tái nhập, nhưng cũng phải cung cấp sự hỗ trợ cho cơ thể con người mong manh trong khi cho phép các chuyển động tự nhiên.

Mô hình nội thất tàu Orion tại Trung tâm Vũ trụ Johnson

Theo NASA, các ghế của Orion được "thiết kế để phù hợp với gần 99% dân số loài người" và có thể điều chỉnh để phù hợp với sự khác biệt cá nhân, cũng như cho phép chuyển động để tiếp cận các điều khiển quan trọng ngay cả khi mặc bộ đồ áp suất. Chúng cũng có thể tháo rời và cất gọn nếu cần thiết để phi hành đoàn có nhiều không gian làm việc hơn trong khoang nhỏ hẹp.

Tương tác trong môi trường khắc nghiệt

Chính lực G tác động lên ghế cũng khiến phi hành gia khó có thể nâng tay để chạm vào màn hình điều khiển. Do đó, các phi hành gia Artemis II sẽ sử dụng các thiết bị điều khiển như bộ điều khiển tay xoay (giống cần điều khiển máy bay) hoặc thiết bị điều khiển con trỏ có đầu vào tương tự như tay cầm chơi game, để tương tác với tàu vũ trụ ngay cả khi các chuyển động vật lý lớn trở nên khó khăn hoặc không thể thực hiện được.

Các yếu tố con người không chỉ dừng lại ở việc đảm bảo an toàn cơ bản. Các nhà thiết kế ngày càng cân nhắc các yếu tố tâm lý như sự thoải mái và riêng tư cho các nhiệm vụ không gian, chẳng hạn như cung cấp cho phi hành gia các lựa chọn ngủ nghỉ khác nhau. Ví dụ, chỉ huy Artemis II Reid Wiseman cho biết tuần này rằng ông thích ngủ dưới các màn hình hiển thị của Orion để ở gần đó trong trường hợp có sự cố, nhưng phi hành gia Christina Koch lại thích ngủ "treo lơ lửng như một con dơi", trong khi phi công Victor Glover lại thích thu mình vào một góc nhỏ gần trần nhà.

Và giống như bất kỳ ai từng có bạn cùng phòng都知道, sống trong không gian gần gũi với tiếng ồn, mùi hương và chuyển động của người khác là rất khó khăn. Đó là lý do các nhà thiết kế cân nhắc đến âm học và kiểm soát mùi khi tạo ra nội thất, cũng như cung cấp cho phi hành gia những không gian riêng tư nhỏ nơi có thể thực hiện được. Điều này có nghĩa là phần cứng chuyến bay phải vượt qua các bài kiểm tra âm thanh để đảm bảo không quá ồn và gây xao nhãng, cũng như tạo ra hệ thống kiểm soát mùi cho nhà vệ sinh của Orion — mặc dù mảnh phần cứng cụ thể này đã gặp một số sự cố ban đầu.

Triết lý thiết kế: Orion so với Crew Dragon

Sự chú trọng đến trải nghiệm người dùng không chỉ là lớp vỏ bề ngoài, mà là một phần then chốt để khai thác tối đa khả năng của phi hành gia. Cách tiếp cận này là "coi sự thoải mái là một yêu cầu để làm việc năng suất và hoàn thành mục tiêu nhiệm vụ," Bannova nói.

"Các yếu tố con người hiện nay là một yêu cầu thiết kế, không chỉ là thứ 'có thì tốt'," Sebastian Aristotelis, kiến trúc sư trưởng tại SAGA, một công ty thiết kế môi trường sống và thí nghiệm công nghệ không gian, nhận định.

Chính xác thì thiết kế tốt bao gồm những gì là một vấn đề mang tính chủ quan. Nó bao gồm, ví dụ, việc bạn có thích vẻ ngoài của các bu lông lộ thiên hay bạn thích bề mặt mịn màng và tối giản hơn. Những khác biệt về thiết kế này rõ ràng khi so sánh khoang tàu Orion của NASA với nội thất Crew Dragon của SpaceX. Hai tàu này có chức năng hơi khác nhau nên không hoàn toàn so sánh được, nhưng bạn có thể thấy rõ cách tiếp cận kỹ thuật thực dụng hơn ở Orion, trong khi Dragon có vẻ ngoài được tích hợp dọc và mang tính thương hiệu hơn.

Một điểm khác biệt nổi bật giữa các khoang Orion và Dragon là cách tiếp cận đối với hiển thị và tương tác thông tin. Dragon có ba màn hình cảm ứng lớn làm hệ thống hiển thị chính, trong khi Orion có nhiều nút bấm, công tắc và đầu vào hơn.

Một phần là do chức năng khác nhau của các phương tiện, vì Dragon chuyên dụng cho các nhiệm vụ quỹ đạo Trái Đất thấp như đưa phi hành gia lên Trạm vũ trụ Quốc tế (ISS), trong khi Orion cũng phải giải quyết các thách thức của việc khám phá không gian sâu. Điều đó có nghĩa là Orion cần nhiều không gian hơn cho khả năng chở hàng để chứa thêm đồ tiếp tế cho các nhiệm vụ dài hơn, cũng như tính linh hoạt để chở nhiều hơn bốn phi hành gia nếu cần. Nhưng vẻ ngoài khác biệt của các khoang tàu cũng đại diện cho các cách tiếp cận khác nhau đối với vấn đề hiển thị thông tin nào cho phi hành đoàn.

Phi hành gia Christina Koch điều khiển tàu Orion trong bài kiểm tra lái thủ công

Thoạt nhìn có vẻ hợp lý khi cung cấp cho phi hành đoàn quyền truy cập vào càng nhiều thông tin càng tốt về tàu vũ trụ, cho phép họ chọn ra bất kỳ dữ liệu nào họ cần vào bất kỳ lúc nào. Nhưng quá nhiều thông tin có thể gây quá tải, và làm khó khăn hơn trong việc xác định điều gì thực sự quan trọng cho một tình huống cụ thể.

Các nhà thiết kế giúp đỡ ở đây bằng cách tạo ra các giao diện cung cấp đúng thông tin vào đúng thời điểm. "Có một yếu tố an toàn trong đó, vì rất nhiều thiết kế thực sự là việc tổ chức thông tin," Aristotelis nói. "Bất kể bạn đang thiết kế điện thoại hay không gian hay sản phẩm, đó là việc cung cấp cho bạn đúng thông tin vào đúng thời điểm và không làm cho bạn quá tải với những thông tin bạn không cần."

Phần mềm và vai trò của con người

Điều này đặc biệt đúng khi AI và phần mềm trên tàu ngày càng đóng vai trò lớn hơn trong các nhiệm vụ không gian. Ngày càng nhiều chức năng điều khiển tàu vũ trụ như độ cao và tốc độ của Orion được phần mềm đảm nhận, đưa phi hành gia vào vai trò giám sát chủ yếu.

"Phần mềm là người lái chính của tàu vũ trụ," phi công Artemis II Victor Glover nói trong một video về Orion, so sánh trải nghiệm lái tàu vũ trụ với nền tảng lái máy bay của ông. "Trên máy bay, phần mềm thực sự đang giúp phi công, và tôi nghĩ bây giờ gần như là chúng ta đang giúp phần mềm."

Tuy nhiên, vẫn có một nguyên tắc rõ ràng rằng phần mềm có thể đảm nhận nhiều nhiệm vụ hơn, nhưng con người phải luôn có thể kiểm soát khi và nếu cần. Một trong những lý do phi hành gia được chọn là khả năng suy nghĩ bình tĩnh và sáng tạo trong các tình huống đòi hỏi khắt khe. Họ phải có thể đưa ra quyết định trong tích tắc mà phần mềm không thể.

Phần mềm có thể là một trợ lý, "nhưng phi hành đoàn phải có thể ghi đè," Bannova nói. "Họ phải có cách đưa ra quyết định có thể phi truyền thống, nhưng vẫn có thể là quyết định đúng — ví dụ trong các tình huống khẩn cấp."

Tất nhiên, không phải mọi hệ thống trên tàu vũ trụ đều có thể được điều chỉnh bởi người dùng. Một số hệ thống thiết yếu cần hoạt động theo cách cố định: "Kiến trúc là chủ quan, nhưng một số phần phải được thiết kế theo cách hiệu quả nhất, tối ưu hóa, dễ sửa chữa và bảo trì nhất. Và những hệ thống đó — hệ thống hỗ trợ sự sống, hệ thống tạo khí quyển, hệ thống tái chế nước — phải được thiết kế càng gần hoàn hảo càng tốt," Bannova nói.

Tuy nhiên, bạn có thể đối chiếu các hệ thống thiết yếu này với các không gian cá nhân hơn như khu vực ngủ của phi hành đoàn, nơi họ có thể đưa ra lựa chọn riêng của mình về ánh sáng, nhiệt độ và trang trí. Đối với các kỹ sư và kiến trúc sư làm việc về môi trường không gian, điều đó có nghĩa là làm việc với các nhà tâm lý học và xã hội học, Bannova nói: "Đó là điều sẽ khiến họ nghĩ về con tàu vũ trụ hoặc môi trường sống không gian đó là nhà."