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宇宙飛行士訓練とは、宇宙飛行前、飛行中、飛行後に世界各地で宇宙飛行士を宇宙ミッションに備えるための複雑なプロセスを指し、これには医学検査[ 2 ] 、身体訓練[ 3 ] 、船外活動（EVA）訓練、荒野サバイバル訓練、水上サバイバル訓練、ロボット工学訓練、手順訓練、リハビリテーションプロセス[ 4 ]、および宇宙滞在中に実施する実験に関する訓練が含まれます。
仮想および物理的な訓練施設が統合され、宇宙飛行士が飛行のすべての段階で遭遇する状況に慣れ、微小重力環境に備えることができるようになっています。[ 5 ]安全で成功するミッションを確実にするために、訓練中は特別な配慮が必要であり、そのためアポロ宇宙飛行士は月面での地質学の野外調査の訓練を受け、火星への旅行などの将来の長期ミッションのためのベストプラクティスに関する研究が行われています。
宇宙飛行士の選抜と訓練は、乗組員が宇宙ミッションに適格であることを保証するための統合プロセスです。[ 6 ]訓練は、宇宙飛行士を一般的および特定の側面で訓練するための 5 つの目標に分類されます。基本訓練、高度訓練、ミッション固有の訓練、機内訓練、および熟練度維持訓練です。[ 7 ]訓練生は、基本訓練中に、医学、言語、ロボット工学と操縦、宇宙システム工学、宇宙システムの構成、および航空宇宙工学の略語を学ばなければなりません。宇宙飛行士の 60% ～ 80% が、顔面蒼白、冷や汗、嘔吐、食欲不振などの宇宙酔いを経験しますが、[ 8 ]宇宙飛行士候補は、この病気を克服することが期待されています。高度訓練とミッション固有の訓練では、宇宙飛行士は、宇宙ミッションで割り当てられたポジションに関連して必要な特定のシステムの操作とスキルについて学びます。スペースシャトルと国際宇宙ステーションの乗組員の場合、任務固有の訓練には通常18か月かかります。[ 7 ]任務期間の前、最中、後を通して、宇宙飛行士の健康と身体的および精神的健康を確保することが重要です。熟練度維持は、船外活動、ロボット工学、言語、潜水、飛行訓練などのトピックを含め、乗組員が最低限のパフォーマンスレベルを維持できるように支援することを目的としています。[ 7 ]
打ち上げと着陸の影響は宇宙飛行士に様々な影響を及ぼし、最も重大な影響としては宇宙酔い[ 8 ] 、起立性不耐症、心血管イベントなどが挙げられる。
宇宙酔いは、重力環境の変化（打ち上げ前の地球上の1gから打ち上げ中の1g以上、そして宇宙空間の微小重力から再突入時の過重力、着陸後の1gへの変化など）によって数分以内に発生する可能性のある現象です。症状は眠気や頭痛から吐き気や嘔吐まで多岐にわたります。宇宙酔いは大きく3つのカテゴリーに分類されます。
宇宙飛行士の約4分の3が宇宙酔いを経験し、その症状は2日を超えることはまれである。
飛行後に乗り物酔いのリスクはありますが、これは長期宇宙ミッションの場合にのみ顕著になります。飛行後、微小重力にさらされると、内耳にある前庭系が、微小重力によって耳石（体の姿勢を感知し、適切なバランスを保つ役割を担う小さな石灰質の結石）の反応が鈍くなるため、機能が低下します。ほとんどの場合、これが飛行後の姿勢の錯覚につながります。
心血管イベントは、宇宙ミッションの3つの段階において重要な要素となる。これらは以下のように分類できる。
宇宙飛行士は、打ち上げ時の状況だけでなく、宇宙の過酷な環境にも備えた訓練を受けます。この訓練の目的は、宇宙船の運用に関する事象（内部事象）と、宇宙環境に関する事象（外部事象）という、大きく分けて2つのカテゴリーに分類される事象に乗組員が対応できるよう準備することです。
訓練中、宇宙飛行士は宇宙船の推進システム、熱制御システム、生命維持システムなどの宇宙船の工学システムに精通します。さらに、宇宙飛行士は軌道力学、科学実験、地球観測、天文学の訓練を受けます。この訓練は、宇宙飛行士が複数のシステムに遭遇するミッション（例えば国際宇宙ステーション（ISS））において特に重要です。訓練は、宇宙飛行士の健康、乗組員の健康、またはミッションの成功に危険をもたらす可能性のある事象に備えるために行われます。このような事象には、重要な生命維持システムの故障、カプセルの減圧、火災、その他の生命を脅かす事象などがあります。危険な事象に対する訓練の必要性に加えて、宇宙飛行士はミッションの成功を確実にするための訓練も行う必要があります。これは、船外活動（EVA）[ 9 ] 、科学実験、または宇宙船操縦[ 10 ]の訓練の形をとる可能性があります。
外部事象とは、宇宙の極限環境で生活し、働く能力をより広く指します。これには、微小重力（または無重力）、隔離、閉じ込め、放射線への適応が含まれます。微小重力で生活し、働くことに関連する困難には、空間識失調、乗り物酔い、めまいなどがあります。長期ミッション中、宇宙飛行士はしばしば隔離と閉じ込めを経験します。これは宇宙飛行士の乗組員のパフォーマンスを制限することが知られているため、訓練は宇宙飛行士がそのような課題に備えることを目的としています。[ 11 ]乗組員に対する放射線の長期的な影響は、まだほとんどわかっていません。しかし、火星への旅行中の宇宙飛行士は、地球上の一般的な人の1000倍以上の放射線量を受ける可能性が高いと理論付けられています。[ 12 ]そのため、現在および将来の訓練には、宇宙飛行士を放射線から保護するためのシステムとプロセスを組み込む必要があります。
国際宇宙ステーションの主な目的は科学実験であり、これは訓練の必須項目となっている。軌道上では、宇宙飛行士と地上の科学者との通信が制限される可能性があるため、宇宙飛行士は割り当てられた実験内容を熟知していなければならない。
国際宇宙ステーション（ISS）へのミッションでは、各宇宙飛行士は100種類以上の実験を習得することが求められます。訓練中、実験を担当する科学者は、実際に実験を行う宇宙飛行士と直接接触することはありません。代わりに、科学者は訓練担当者に指示を与え、訓練担当者が宇宙飛行士を実験実施に向けて準備させます。この訓練の多くは、欧州宇宙飛行士センターで行われます。
人体実験の場合、科学者は宇宙飛行士に実験内容を説明し、宇宙飛行士は国際宇宙ステーション（ISS）での実験に参加するかどうかを選択します。これらの実験では、宇宙飛行士はミッションの前、最中、後に検査を受け、基準値を設定し、宇宙飛行士が基準値に戻った時期を判断します。
NASAでは、選考段階を経て、いわゆる「AsCans」（宇宙飛行士候補）は、正式な宇宙飛行士になるために最長2年間の訓練を受けなければなりません。まず、すべてのAsCansは、技術スキルとソフトスキルの両方を習得するための基礎訓練を受けなければなりません。技術コースは16種類あります。
AsCansはまず基礎訓練を受け、ソユーズとISSのシステム、飛行の安全と運用、陸上と水上でのサバイバルについて訓練を受ける。パイロットAsCansはNASAのT-38練習機ジェット機での訓練を受ける。さらに、現代の宇宙探査は様々な国のコンソーシアムによって行われ、非常に注目される分野であるため、宇宙飛行士は専門的および文化的訓練、そして語学コース（特にロシア語）を受ける。[ 13 ]
基礎訓練を修了すると、候補者はNASAの高度訓練に進みます。宇宙飛行士候補生は、宇宙で何をするのかを体感するために、実物大の模型で訓練を受けます。これは、シャトル訓練機がまだ運用されていた頃はシャトル訓練機を使用して行われ、現在はシミュレーション模型を使用して行われています。シャトル訓練機は、シャトルが退役するまで、着陸訓練のために司令官とパイロットの宇宙飛行士のみに使用されていましたが、高度シミュレーションシステム施設は、すべての候補者が宇宙環境で作業し、任務を成功裏に遂行する方法を学ぶために使用されています。シミュレーターとEVA訓練施設は、候補者がさまざまなミッション運用に最善の準備をするのに役立ちます。特に、真空チャンバー、放物線飛行、中性浮力施設（NBF）は、候補者が微小重力環境、特にEVAに順応できるようにします。仮想現実も、宇宙飛行士候補生を宇宙環境に没入させるツールとしてますます使用されるようになっています。[ 13 ] [ 14 ]
最終段階は集中訓練です。打ち上げの約3か月前から始まり、候補者は割り当てられた任務に向けて準備を行います。飛行固有の統合シミュレーションは、任務規則と飛行手順の動的なテスト場を提供するように設計されています。最終的な集中訓練の乗組員/飛行管制官合同訓練は、任務計画と並行して実施されます。この段階では、候補者は任務固有の運用訓練を受けるとともに、割り当てられた実験を体験します。乗組員の医療担当官の訓練も含まれており、医療上の問題が発生した場合に予防的および事後的な措置を効果的に講じることができます。[ 13 ]
AsCanが正式に宇宙飛行士の資格を取得するには、最長で2年かかる場合があります。通常、訓練プロセスはNASAにあるさまざまな訓練施設で完了します。[ 15 ]宇宙訓練施設は、宇宙船での宇宙飛行の経験をできるだけ忠実に、現実的に再現またはシミュレートしようとします。これには、油圧ラムに取り付けられ、最先端のコンピュータ技術で制御される実物大のコックピットレプリカ、無重力をシミュレートするための精巧な水槽、宇宙の物理学と環境を研究するために科学者が使用する装置が含まれます。
ヨーロッパにおける宇宙飛行士の訓練は、ドイツのケルンに本部を置く欧州宇宙飛行士センター（EAC）によって実施されている。ヨーロッパの訓練は、基礎訓練、高度訓練、段階別専門訓練の3つの段階から構成されている。
ESAに選抜されたすべての宇宙飛行士は、EAC本部で基礎訓練を開始します。この訓練サイクルのこのセクションは、16か月続く4つの独立した訓練ブロックで構成されています。宇宙飛行士は、主要な宇宙開発国、その宇宙機関、およびすべての主要な有人および無人宇宙計画についてのオリエンテーションを受けます。この段階の訓練では、宇宙分野に適用される法律と政策についても検討します。すべての新しい宇宙飛行士が必要な基礎知識レベルを確実に習得できるよう、技術的（工学、宇宙力学、推進、軌道力学など）および科学的（人体生理学、生物学、地球観測、天文学など）な基礎が導入されます。訓練は、ISSの運用と施設について行われ、有人宇宙研究実験室としての機能に必要なISS搭載の主要な運用システムすべてについての紹介が含まれます。この段階では、ISSにサービスを提供するすべての宇宙船（ソユーズ、プログレス、自動輸送機（ATV）、H-II輸送機（HTV）など）のシステム運用の詳細に加え、地上管制と発射施設の訓練も行います。この訓練段階では、ロボット操作、ランデブーとドッキング、ロシア語コース、人間の行動とパフォーマンス、そしてPADIオープンウォータースキューバダイビングコースなどのスキルにも重点を置きます。このスキューバコースでは、ESAのNBFで基本的なEVA訓練を受けた後、リンドン・B・ジョンソン宇宙センターにあるより大規模なNASA訓練施設に移ります。
高度訓練では、ISSに関するより詳細な知識を習得し、すべてのシステムの保守・運用方法を学びます。また、ISS内で全ての宇宙飛行士が科学実験を実施できるよう、高度な科学訓練も実施されます。この段階は約1年かかり、訓練はEACだけでなく、ISSパートナーネットワーク全体で行われます。宇宙飛行士が宇宙飛行に配属されるのは、この段階を修了した後です。
増分別訓練は、宇宙飛行士が飛行任務に割り当てられた後にのみ開始されます。この段階は18か月続き、割り当てられたミッションでの役割に向けて準備を行います。この段階では、乗組員とバックアップクルーが一緒に訓練を行います。ISSでの乗組員の任務は、宇宙飛行士の特定の経験と専門的な経歴を考慮して個別に調整されます。搭載機器には、3つの異なるユーザーレベル（ユーザーレベル、オペレーターレベル、スペシャリストレベル）があります。乗組員は、あるシステムではスペシャリストであっても、他のシステムではオペレーターまたはユーザーのみである場合があるため、訓練プログラムは個別に調整されます。増分別訓練には、異常事態への対処訓練も含まれます。宇宙飛行士は、割り当てられたミッションのために特別に計画された実験の実施方法も学びます。
宇宙飛行士の訓練は、一般宇宙訓練、グループ訓練、乗組員訓練の 3 つの段階に分かれています。[ 19 ]一般宇宙訓練は約 2 年間続き、講義、サバイバル訓練、そして宇宙飛行士が試験宇宙飛行士か研究宇宙飛行士かを決定する最終試験で構成されています。次の 1 年間はグループ訓練に費やされ、宇宙飛行士はソユーズまたは ISS と専門的なスキルを専門的に学びます。最終段階である乗組員訓練段階は 1 年半続き、詳細な機体操作手順、ISS 訓練、英語の習得に費やされます。
訓練は主にユーリ・ガガーリン宇宙飛行士訓練センターで行われます。同センターの施設には、国際宇宙ステーション（ISS）を含む、ソ連およびロシアの主要な宇宙船の実物大模型が全て揃っています。ISSの宇宙飛行士と同様に、宇宙飛行士も米国、ドイツ、日本、カナダで、ISSの各モジュールにおける専門的な訓練を受けます。
日本の有人宇宙飛行計画は、これまでスペースシャトル計画における宇宙飛行士の育成に重点を置いてきた。そのため、訓練はこれまでNASAのリンドン・B・ジョンソン宇宙センターで行われ、NASAの宇宙飛行士やスペースシャトル計画に参加する他の国際的な参加者の訓練に倣っていた。
つくば宇宙センターに国内訓練施設が整備されて以来、訓練はますます日本で行われるようになっている。日本がISSに参加するようになってからは、日本人宇宙飛行士の訓練は他のISSパートナーと同様の構造になっている。宇宙飛行士は主につくばで1年半の基礎訓練を受け、その後、つくばとISSパートナーの施設で1年半から2年の高度訓練を受ける。きぼうモジュールに関わる国際ISS宇宙飛行士の訓練もつくば宇宙センターで行われる。[ 20 ]
高度訓練に続いて段階別訓練が行われ、これはきぼうの訓練と同様につくばで実施されます。きぼうの船外活動訓練は無重力環境試験システム（WETS）で行われます。WETSは、ISSのきぼうモジュールの実物大模型を備えた中性浮力施設です。つくば宇宙センターには、候補者の適性を評価するための医療施設、長期宇宙飛行の精神的および感情的ストレス要因の一部をシミュレートするための隔離室、船体破損または生命維持システムの故障シナリオによる気圧の低下または喪失の訓練のための低圧室もあります。[ 21 ]
神舟計画の選考過程に関する公式な詳細は公表されていないが、候補者は中国国家航天局によって中国空軍から選ばれ、年齢は25歳から30歳、飛行時間は最低800時間、学位取得者でなければならないことが分かっている。候補者の身長は160cm から172cm 、体重は50kgから70kgでなければならない。[ 22 ]
中国の神舟宇宙飛行士の訓練は、宇宙飛行の基礎を学ぶ1年間の教育プログラムから始まります。この期間中、候補者は人間の生理学と心理学についても学びます。約3年間続く第2段階の訓練では、神舟宇宙船を通常モードと緊急モードで操縦するための集中的な訓練が行われます。第3段階、つまり最終段階は、ミッション固有の訓練で、約10ヶ月間続きます。この段階では、宇宙飛行士は、北京にある中国宇宙飛行士センター（ACC）の高精度神舟訓練装置と中性浮力施設で訓練を受けます。中性浮力施設（NBF）での訓練に加え、船外活動（EVA）の訓練は、宇宙の環境条件をシミュレートする高真空・低温チャンバーで行われます。訓練のすべての段階で、宇宙飛行士は、ACCにある人体遠心分離機での訓練や、ロシアで行われる微小重力飛行プログラムなど、身体能力の強化に取り組みます。[ 23 ]
インドの有人宇宙飛行計画はまだ正式な承認を待っている。承認されれば、このミッションではインド人2名をソユーズ型軌道船に乗せて低地球軌道に送り込む予定である。これらの宇宙飛行士の訓練は、インド唯一の宇宙飛行士であるラケシュ・シャルマ中佐（1984年のサリュート7号を参照）の訓練から得られた教訓と、インドとNASAおよびロスコスモスとの国際協力に基づいて行われるべきである。インドは有人宇宙飛行計画を独自に進めることも可能であり、その場合はインド宇宙研究機関（ISRO）が独自の訓練プログラムを開発する必要がある。インドは、ケンペゴウダ国際空港から8～10キロメートル離れた場所に宇宙飛行士訓練施設と生物医学工学センターを建設する計画である。この施設は将来の宇宙飛行士訓練に使用され、インド初の有人ミッションの訓練は米国またはロシアで行われる予定である。ケンペゴウダセンターには、放射線制御、熱サイクル、遠心加速訓練用のチャンバーが設置される予定である。[ 24 ]
月や火星へのミッションのような長期ミッションの宇宙飛行士は、複数の任務や責任を遂行する必要があります。なぜなら、そのようなミッションでは、宇宙飛行士は大部分が自律的に行動する必要があり、さまざまな分野で熟練している必要があるからです。このようなミッションのために、宇宙飛行士を準備するための訓練には、医師、科学者、エンジニア、技術者、パイロット、地質学者としての訓練が含まれるでしょう。さらに、乗組員が大部分が孤立する長期ミッションの心理的側面にも重点が置かれるでしょう。[ 25 ]
現在、国際宇宙ステーション（ISS）への6ヶ月間のミッションには、最長5年間の宇宙飛行士訓練が必要です。このレベルの訓練は当然のこととみなされ、将来の宇宙探査ミッションではさらに拡大される可能性が高いでしょう。飛行中の訓練も含まれるかもしれません。将来的には、ISSが長期宇宙飛行士訓練施設として利用される可能性も考えられます。
宇宙飛行士の訓練において強力なツールとなるのは、NASA極限環境ミッション運用（NOAA NEEMO）、NASA砂漠研究技術研究（Desert RATS）、Envihab（計画中）、飛行アナログ研究ユニット、ホートン火星プロジェクト、さらには国際宇宙ステーション（ISS）（飛行中）など、アナログ環境を継続的に利用することである。
人間とロボットの相互作用は、長期ミッションにおいて大きな役割を果たすと期待されている。ロボットアシスタントや極限環境探査ロボットは、宇宙飛行士を単調な作業から解放し、不必要な危険から守る。2011年から2018年にかけて、ヒューマノイドロボット「ロボノート2」が国際宇宙ステーション（ISS）で試験運用された。
将来の月面着陸から火星への有人ミッションまで、訓練も進化させる必要がある。[ 26 ]乗組員の力関係、乗組員の人数、乗組員の活動などの要素は、これらのミッションが月面では1年、火星では3年続くため、重要な役割を果たす。このようなミッションに必要な訓練は、汎用性があり、異文化に対応でき、学習、適応、即興が容易でなければならない。
火星への旅では、宇宙飛行士は乗員カプセル内に9か月間滞在する必要がある。[ 27 ]旅の単調さと孤立は心理的な課題をもたらす。乗員カプセル内で過ごす長い期間は、潜水艦や南極基地など、他の形態の独房監禁に匹敵する。孤立した閉鎖的な環境にいることは、ストレス、対人葛藤、その他の行動的および精神的な問題を引き起こす。[ 28 ]
研究者たちは、長期ミッション中に孤立した閉鎖環境（ICE）で発生するストレス要因にクルーが対処できるよう、既存のメンタルヘルスツールをどのように調整できるかを検討している。[ 29 ]国際宇宙ステーションは、乗組員間の対立を最小限に抑え、心理的な課題に対処するために、仮想宇宙ステーション（VSS）と呼ばれる行動的対立管理システムを使用している。[ 30 ]このプログラムには、宇宙飛行士が宇宙空間で仮想セラピーセッションを受けるための、人間関係管理、ストレス、うつ病に焦点を当てたモジュールがある。[ 29 ]
仮想現実技術が初めて商用化されたのは1990年代のことです。VRが宇宙飛行士の訓練に使えることが認識されたのは、その時になってからです。宇宙飛行士の訓練に使われていた初期のVR機器は、船外活動（EVA）中のロボットアーム操作員と宇宙飛行士とのコミュニケーションを強化するために使われていました。これにより、宇宙船に乗っている時でも、EVAクルーとロボットアーム操作員がリアルタイムでつながることができます。[ 31 ]また、中性浮力実験室（NBL）に収まらない大型モデルの一部を置き換えるためにも使われています。
1993年、宇宙飛行士は、ハッブル宇宙望遠鏡での作業について、仮想現実トレーニングツールであるRAVEN（Research in Human Factors Aspects of Enhanced Virtual Environments for EVA Training and Simulation）を使用して訓練および評価を受けた。しかし、RAVENの目的は宇宙飛行士を訓練することではなく、仮想現実を使用したトレーニングと水中やその他の設定を使用したトレーニングの有効性を評価することであった。[ 32 ]
仮想現実は、ミッション計画、協調的かつインタラクティブな設計、工学的問題解決など、さまざまな用途に使用できます。[ 33 ]
船外活動（EVA）訓練施設は、圧力や照明などの宇宙環境をシミュレートできますが、地球の1G環境では微小重力環境を完全に再現することはできません。 [ 34 ]仮想現実は、訓練プロセスの没入感を高めるためにEVA訓練中に利用されます。NASAジョンソン宇宙センターには、宇宙船モックアップ施設（SVMF）、仮想現実研究所（VRL）、中性浮力研究所（NBL）などの施設があります。
SVMFは、部分重力シミュレーター（PGS）と空気軸受床（PABF）を使用して、無重力とニュートンの運動法則の影響をシミュレートします。[ 35 ]同様の訓練システムは、アポロ計画とジェミニ計画の訓練に由来します。仮想現実により、流体クイックディスコネクト操作、船外活動、オービターのスペースシャトル熱保護システム（TPS）の修理などの訓練モジュール中に宇宙飛行士の感覚が強化されます。 [ 35 ]
NASA仮想現実研究所は、簡易補助装置として、船外活動救助のための簡易補助装置（SAFER）を補完するために仮想現実を利用しています。VRトレーニングでは、ヘッドセット、触覚フィードバックグローブ、モーショントラッカーを使用して、国際宇宙ステーション（ISS）のグラフィカルな3次元シミュレーションを提供します。[ 36 ] 2018年には、第55次長期滞在の宇宙飛行士リチャード・R・アーノルドとアンドリュー・J・フューステルが仮想現実トレーニングを受け、210回目の船外活動を行いました。[ 37 ]仮想現実研究所は、宇宙飛行士が宇宙へ打ち上げられる前に、船外活動のための没入型VR体験を提供します。トレーニングプロセスでは、ISSを再現するグラフィカルレンダリングプログラムと、宇宙飛行士が物体とインタラクトしながら周囲を視覚的に探索できるシャーロットロボットと呼ばれるデバイスを組み合わせています。シャーロットロボットは、ユーザーがデバイスとインタラクトできるように側面に金属製の腕が取り付けられたシンプルなデバイスです。ユーザーは、中央コンピュータに信号を送信する力覚センサーを備えた触覚フィードバックグローブを装着します。[ 38 ]これに応じて、中央コンピュータはケーブルのネットワークを使用してデバイスを操作し、物理学に基づいて宇宙空間でどのように動作するかを計算します。[ 39 ]宇宙空間では物体は無重力ですが、宇宙飛行士は物体の慣性力に精通し、物体が単純な動きにどのように反応するかを理解し、宇宙空間で物体を失わないようにする必要があります。[ 38 ] [ 40 ]トレーニングは個人またはパートナーと一緒に行うことができます。これにより、宇宙飛行士は微小重力環境で質量と慣性モーメントとどのように相互作用するかを学ぶことができます。[ 39 ]
中性浮力実験室(NBL) は、無重力環境をシミュレートし、宇宙空間で浮いている感覚を再現する利点があります。この訓練方法は、世界最大級のプールの 1 つで自然浮力を維持することによって低重力環境を構築することによって実現されます。船外活動や宇宙遊泳の訓練に使用される NBL プールは、長さ62 メートル (203 フィート)、幅31 メートル (102 フィート) 、深さ12 メートル (39 フィート)で、容量は 620 万ガロンです。[ 15 ] [ 41 ]水中ヘッドマウントディスプレイ仮想現実ヘッドセットは、フレームレート 60 fps、画面解像度 1280 x 1440 で、訓練中に視覚情報を提供するために使用されます。[ 41 ]水中 VR 訓練システムは、VR アプリケーションへのアクセスが容易なため訓練コストが削減され、宇宙飛行士は割り当てられた訓練タスクを完了するのに必要な時間が短縮されます。
NASAの訓練モジュールとは別に、民間の宇宙飛行訓練でも仮想現実技術を使用して訓練システムを改善しています。ボーイングの仮想現実チームは、ボーイング・スターライナーの宇宙飛行士が地球とISSの間を移動するための訓練システムを開発しています。VR訓練システムは、高速状況や緊急シナリオ、例えば打ち上げ、宇宙空間への突入、予期せぬ場所への着陸などをシミュレートできます。[ 42 ]
視覚的再定位は、視野や手がかりの変化によって物体の認識が変わるときに起こる現象です。[ 43 ]この錯覚は、宇宙飛行士の重力による方向定位力の認識を変え、空間的な方向感覚を失わせます。宇宙飛行士は、視覚的再定位を克服するために、優れた空間認識と方向感覚を身につける必要があります。例えば、従来の方向感覚喪失訓練では、ユーリ・ガガーリン宇宙飛行士訓練センターが遠心分離機で微小重力環境をシミュレートして宇宙飛行士を訓練しています。[ 7 ]対照的に、VR訓練は必要な機材が少なく、宇宙飛行士をより経済的に訓練できます。
仮想現実トレーニングは、フライトシミュレーターのコックピットなどの混合リアルなインタラクションデバイスを利用することで、シミュレーション酔いを軽減し、ユーザーの動きを増やすことができます。[ 44 ]従来のトレーニングと比較して、VRトレーニングは宇宙酔いや空間的見当識障害の影響を最小限に抑える点で優れています。VRトレーニングを受けた宇宙飛行士は、タスクを12%速く実行でき、吐き気の症状が53%減少しました。[ 45 ]
VRは地上での宇宙飛行士訓練に使用されているが、没入型技術は軌道上での訓練にも貢献している。[ 46 ] VRヘッドマウントディスプレイは、熟練度維持訓練の一環として、宇宙飛行士の身体的健康維持に役立つ。[ 7 ] [ 46 ]さらに、VRシステムは乗組員の精神的健康を確保するためにも使用されている。社会的シナリオのシミュレーションは、孤立した閉鎖環境（ICE）下でのストレスを軽減し、つながりを確立することができる。[ 46 ]
仮想現実は、宇宙飛行士が地球を離れる前に国際宇宙ステーションなどの宇宙環境に順応するのに役立つ。宇宙飛行士はNBLでの訓練中にISSに慣れることができるが、ステーションの特定の部分しか見ることができない。宇宙飛行士が宇宙で行うタスクの準備にはなるが、必ずしもステーションのレイアウトを完全に空間的に理解できるわけではない。そこで仮想現実が重要な役割を果たす。仮想現実ラボは、ダイナミックオンボードユビキタスグラフィックスプログラム（DOUG）と呼ばれるシステムを使用して、デカール、流体ライン、電気ラインを含むISSの外観をモデル化し、乗組員が新しい環境に順応できるようにする。[ 38 ]詳細のレベルはステーションの外観だけにとどまらない。ユーザーが宇宙に入ると、瞳孔が開いて空が星で満たされるまで真っ黒に見える。これは「ブルーミング効果」と呼ばれる現象である。[ 47 ]
仮想現実は宇宙飛行士が宇宙空間で直面する未知の任務に備えるのに役立つが、この訓練では宇宙飛行士が日常的に直面する心理的および感情的なストレスを再現することはできない。これは、仮想の任務は実際の任務と同じような影響を及ぼさず、閉鎖された環境でよく発生する閉所恐怖症のような強い心理的影響をこの技術では生み出さないためである。[ 48 ]
仮想微小重力環境をシミュレートするには、追加の機器が必要となるため、コストがかかる場合があります。市販の仮想現実とは異なり、NASA が使用する機器は、システムに補助的な技術が必要なため、大規模に生産することはできません。[ 29 ]いくつかの VR プログラムは、仮想現実ラボのニュートラル浮力ラボまたはシャーロット ロボットと組み合わせて動作しますが、高価な設備が必要であり、VR で最小限に抑えることができる移動要素を排除することはできません。[ 49 ] NASA のシャーロット ロボットは、微小重力環境をシミュレートするケーブルによって制限されており、仮想現実ラボには 2 台のマシンしかありません。[ 38 ]この特定のトレーニング システムには、NASA のトレーニングや中国宇宙飛行士センターの EVA 仮想システムに組み込まれている仮想グローブ ボックス システム (GVX) が必要です。[ 50 ]生地に埋め込まれたセンサーを使用して、グローブは着用者が物体をつかむか放すかを決定したときに感知できますが、正確なユーザーの動きを仮想プログラムに統合するには、この技術をさらに開発する必要があります。[ 39 ]これらの手袋は不快で、限られた動きしか捉えられないと報告されている。[ 48 ]全身モーションセンサーもトレーニングに組み込まれており、高価ではあるが、宇宙飛行士の動きに応じて効果的な触覚フィードバックを得るためには必要である。全身センサーを必要としない仮想現実プログラムも開発されているが、センサーがないとユーザーが仮想世界とインタラクトできる度合いが低下する。[ 48 ]
宇宙探査における仮想現実技術の今後の研究の主な焦点は、微小重力環境をシミュレートする方法を開発することです。宇宙飛行士の訓練にVRが使用され始めた当初から目標とされてきましたが、進展はわずかです。現在のセットアップでは、人の足にバンジーロープ、体にブランコ、そして最後にヘッドマウントVRディスプレイが使用されています。[ 51 ] [ 52 ]しかし、このセットアップを使用して低重力環境をシミュレートする実験の参加者は、VRの助けを借りて宇宙空間を動き回る感覚を体験するだけで、実際の宇宙空間の無重力環境とは似ていません。具体的には、参加者自身の体重によるバンジーロープとブランコの圧力が、非現実的で不快な感覚を生み出します。[ 51 ]現在の技術は、一般の人々が宇宙空間を動き回る様子を体験するには十分かもしれませんが、宇宙飛行士の訓練ツールとして正式に使用されるにはまだ程遠いです。
こうした微小重力をシミュレートする取り組みは、宇宙飛行士の訓練において、より没入感のある環境を作り出すという同様の目的を果たしている。
21世紀の宇宙飛行士は、様々な仕事をこなす能力や、特にストレスの多い狭い環境下で長期間にわたって他者と良好な関係を築く能力に基づいて選ばれる。