Entrenamiento de astronautas

La selección y el entrenamiento de astronautas son procesos integrados para garantizar que los miembros de la tripulación estén cualificados para las misiones espaciales. ^{[ 6 ]} El entrenamiento se clasifica en cinco objetivos para capacitar a los astronautas en aspectos generales y específicos: entrenamiento básico, entrenamiento avanzado, entrenamiento específico para la misión, entrenamiento a bordo y entrenamiento de mantenimiento de competencias. ^{[ 7 ]} Los aspirantes deben aprender medicina, idiomas, robótica y pilotaje, ingeniería de sistemas espaciales, la organización de sistemas espaciales y los acrónimos en ingeniería aeroespacial durante el entrenamiento básico. Si bien entre el 60 % y el 80 % de los astronautas experimentarán mareo espacial, que incluye palidez, sudoración fría, vómitos y anorexia, ^{[ 8 ]} se espera que los candidatos a astronauta superen esta condición. Durante el entrenamiento avanzado y el entrenamiento específico para la misión, los astronautas aprenderán sobre el funcionamiento de sistemas específicos y las habilidades requeridas asociadas con sus puestos asignados en una misión espacial. El entrenamiento específico para la misión generalmente requiere 18 meses para completarse para las tripulaciones del Transbordador Espacial y la Estación Espacial Internacional . ^{[ 7 ]} Es importante garantizar el bienestar, la salud física y mental de los astronautas antes, durante y después del período de la misión. El mantenimiento de la competencia tiene como objetivo ayudar a los miembros de la tripulación a mantener un nivel mínimo de desempeño, incluyendo temas como la actividad extravehicular, la robótica, el idioma, el buceo y el entrenamiento de vuelo. ^{[ 7 ]}

Los efectos del lanzamiento y el aterrizaje tienen diversos efectos en los astronautas, siendo los más significativos el mareo espacial , ^{[ 8 ]} la intolerancia ortostática y los eventos cardiovasculares .

El mareo espacial es un fenómeno que puede ocurrir a los pocos minutos de estar expuesto a cambios en la gravedad (por ejemplo, de 1 g en la Tierra antes del lanzamiento a más de 1 g durante el lanzamiento, y luego de microgravedad en el espacio a hipergravedad durante la reentrada y nuevamente a 1 g después del aterrizaje). Los síntomas varían desde somnolencia y dolores de cabeza hasta náuseas y vómitos. Existen tres categorías generales de mareo espacial:

• Leve: De uno a varios síntomas transitorios, sin impacto en el funcionamiento.
• Moderado: Varios síntomas de naturaleza persistente, impacto operativo mínimo.
• Grave: Varios síntomas de naturaleza persistente, impacto significativo en el rendimiento.

Aproximadamente tres cuartas partes de los astronautas experimentan mareo espacial, cuyos efectos rara vez superan los dos días.

Existe riesgo de mareo post-vuelo, aunque este solo es significativo tras misiones espaciales de larga duración. Tras el vuelo, después de la exposición a la microgravedad, el sistema vestibular , ubicado en el oído interno, se ve afectado debido a la falta de respuesta de los otolitos , pequeñas concreciones calcáreas que detectan la postura corporal y son responsables de mantener el equilibrio, inducida por la microgravedad . En la mayoría de los casos, esto provoca ilusiones posturales post-vuelo.

Los eventos cardiovasculares representan factores importantes durante las tres fases de una misión espacial. Se pueden dividir en:

• Enfermedades cardiovasculares preexistentes: normalmente se descartan durante la selección de astronautas, pero si un astronauta las padece, pueden empeorar durante el transcurso del vuelo espacial.
• Eventos y cambios cardiovasculares durante los vuelos espaciales: estos se deben al desplazamiento y la redistribución de los fluidos corporales, a las alteraciones del ritmo cardíaco y a la disminución de la capacidad máxima de ejercicio en el entorno de microgravedad. Estos efectos pueden provocar que la tripulación quede gravemente incapacitada al regresar a un entorno gravitatorio, impidiéndole así abandonar la nave espacial sin ayuda.
• Intolerancia ortostática que provoca síncope durante la prueba de bipedestación posterior al vuelo.

Los astronautas reciben entrenamiento para prepararse para las condiciones del lanzamiento y el duro entorno del espacio. Este entrenamiento tiene como objetivo preparar a la tripulación para eventos que se dividen en dos grandes categorías: eventos relacionados con el funcionamiento de la nave espacial (eventos internos) y eventos relacionados con el entorno espacial (eventos externos).

Durante el entrenamiento, los astronautas se familiarizan con los sistemas de ingeniería de la nave espacial, incluyendo la propulsión , el control térmico y los sistemas de soporte vital . Además, reciben entrenamiento en mecánica orbital , experimentación científica, observación de la Tierra y astronomía . Este entrenamiento es particularmente importante para misiones en las que un astronauta interactuará con múltiples sistemas (por ejemplo, en la Estación Espacial Internacional (EEI)). El entrenamiento se realiza para preparar a los astronautas ante eventos que puedan poner en peligro su salud, la de la tripulación o la finalización exitosa de la misión. Estos eventos pueden ser: falla de un sistema crítico de soporte vital, despresurización de la cápsula, incendio y otros eventos que pongan en peligro la vida. Además de la necesidad de entrenarse para eventos peligrosos, los astronautas también deberán entrenarse para garantizar la finalización exitosa de su misión. Esto podría ser en forma de entrenamiento para EVA, ^{[ 9 ]} experimentación científica o pilotaje de la nave espacial. ^{[ 10 ]}

La experimentación científica es el objetivo principal de la Estación Espacial Internacional y forma parte obligatoria del entrenamiento. Una vez en órbita, la comunicación entre los astronautas y los científicos en tierra puede ser limitada, por lo que los astronautas deben estar familiarizados con los experimentos que se les han asignado.

Para las misiones a la ISS, cada astronauta debe dominar cien o más experimentos. Durante el entrenamiento, los científicos responsables de los experimentos no tienen contacto directo con los astronautas que los realizarán. En cambio, los científicos instruyen a los instructores, quienes a su vez preparan a los astronautas para llevar a cabo el experimento. Gran parte de este entrenamiento se realiza en el Centro Europeo de Astronautas.

Para los experimentos con humanos, los científicos describen sus experimentos a los astronautas, quienes luego deciden si participan a bordo de la ISS. Para estos experimentos, los astronautas serán evaluados antes, durante y después de la misión para establecer un punto de referencia y determinar cuándo volvieron a ese punto.

En la NASA, tras la fase de selección, los llamados "AsCans" (candidatos a astronauta) deben someterse a hasta dos años de entrenamiento para convertirse en astronautas plenamente cualificados. Inicialmente, todos los AsCans deben pasar por un entrenamiento básico para adquirir habilidades técnicas y blandas. Existen 16 cursos técnicos diferentes en:

• Sistemas de soporte vital
• Mecánica orbital
• Despliegue de carga útil
• observaciones de la Tierra
• Fisiología y medicina espacial

Los astronautas (AsCans) inicialmente pasan por un entrenamiento básico, donde se les capacita en los sistemas de la Soyuz y la ISS, seguridad y operaciones de vuelo, así como supervivencia en tierra y agua. Los astronautas pilotos recibirán entrenamiento en el avión de entrenamiento T-38 de la NASA . Además, debido a que la exploración espacial moderna es realizada por un consorcio de diferentes países y es un área de gran visibilidad pública, los astronautas recibieron capacitación profesional y cultural, así como cursos de idiomas (específicamente en ruso ). ^{[ 13 ]}

Tras completar el Entrenamiento Básico, los candidatos pasan al Entrenamiento Avanzado de la NASA. Los astronautas del programa ASC se entrenan con modelos a tamaño real para familiarizarse con sus funciones en el espacio. Esto se realizaba tanto mediante el uso del avión de entrenamiento del transbordador espacial mientras aún estaba operativo como mediante maquetas de simulación. El avión de entrenamiento del transbordador espacial era utilizado exclusivamente por el comandante y los astronautas pilotos para prácticas de aterrizaje hasta la retirada del transbordador, mientras que todos los candidatos utilizan sistemas de simulación avanzados para aprender a trabajar y cumplir con éxito sus tareas en el entorno espacial. Los simuladores y las instalaciones de entrenamiento para actividades extravehiculares (EVA) ayudan a los candidatos a prepararse de la mejor manera para las diferentes operaciones de su misión. En particular, las cámaras de vacío , los vuelos parabólicos y las instalaciones de flotabilidad neutra (NBF) permiten a los candidatos aclimatarse al entorno de microgravedad , especialmente para las EVA. La realidad virtual también se utiliza cada vez más como herramienta para sumergir a los astronautas del programa ASC en el entorno espacial. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

La fase final es el Entrenamiento Intensivo. Comienza aproximadamente tres meses antes del lanzamiento y prepara a los candidatos para la misión asignada. Las simulaciones integradas específicas para cada vuelo están diseñadas para proporcionar un campo de pruebas dinámico para las reglas de la misión y los procedimientos de vuelo. El entrenamiento conjunto final de la tripulación y el controlador de vuelo del Entrenamiento Intensivo se lleva a cabo en paralelo con la planificación de la misión. En esta fase, los candidatos recibirán entrenamiento operativo específico para la misión, así como experiencia con los experimentos asignados. También se incluye el entrenamiento del oficial médico de la tripulación para intervenir eficazmente con acciones proactivas y reactivas en caso de problemas médicos. ^{[ 13 ]}

Instalaciones de entrenamiento destacadas

Un astronauta en formación puede tardar hasta dos años en obtener la cualificación formal. Por lo general, el proceso de entrenamiento se completa con diversas instalaciones de entrenamiento disponibles en la NASA: ^{[ 15 ]} Las instalaciones de entrenamiento espacial intentan replicar o simular la experiencia del vuelo espacial en una nave espacial de la forma más fiel y realista posible. Esto incluye réplicas de cabinas de tamaño real montadas sobre cilindros hidráulicos y controladas por tecnología informática de vanguardia ; elaborados tanques de agua para la simulación de la ingravidez ; y dispositivos utilizados por los científicos para estudiar la física y el entorno del espacio exterior.

• Instalación de Maquetas de Vehículos Espaciales (SVMF): ubicada en el Centro Espacial Johnson en Houston, Texas. La SVMF consta de modelos a tamaño real de vehículos de la ISS, la nave Orion y otros programas comerciales. El propósito de la SVMF es brindar una experiencia de simulación única para que los astronautas se familiaricen con sus tareas en vehículos espaciales. Los posibles proyectos de entrenamiento incluyen la preparación para emergencias, el mantenimiento intravehicular en órbita y las operaciones de la esclusa de aire. La instalación también ofrece a los astronautas experiencias de comunicación en tiempo real con el equipo de tierra para el apoyo a la misión. ^{[ 16 ]}
• KC-135 Stratotanker: el KC-135 es un avión de reabastecimiento en vuelo diseñado por Boeing. Conocido como la "Maravilla sin gravedad" o el "Cometa del vómito", este avión es el más famoso de su clase y ha servido para simular entornos de gravedad reducida o microgravedad para los astronautas de la NASA desde 1994. Las maniobras de "montaña rusa" que el avión es capaz de realizar proporcionan a las personas y al equipo a bordo entre 20 y 25 segundos de ingravidez. ^{[ 17 ]}
• El suelo de aire comprimido de precisión (PABF, por sus siglas en inglés) se encuentra en el Centro Espacial Johnson en Houston, Texas. Debido a la microgravedad del espacio, la falta de fricción resultante dificulta que los astronautas muevan y detengan objetos grandes. El PABF es un "suelo plano" que utiliza aire comprimido para suspender, por encima del suelo, equipos o maquetas que los astronautas podrían encontrar en el espacio. Se utiliza para simular entornos de baja fricción y que los astronautas aprendan a mover objetos grandes. ^{[ 16 ]}
• El Laboratorio de Flotabilidad Neutra (NBL, por sus siglas en inglés) se encuentra en el Centro Espacial Johnson en Houston, Texas. Mediante una combinación de efectos de lastre y flotación, el NBL crea un equilibrio entre las tendencias a hundirse y a flotar, simulando así la experiencia de ingravidez. En el NBL, varios modelos a tamaño real de las naves espaciales se encuentran en un gran "tanque de agua". A diferencia del SVMF, el NBL ayuda a los astronautas a entrenarse en proyectos como el mantenimiento, pero fuera de la nave espacial. ^{[ 18 ]}

La formación de astronautas en Europa la lleva a cabo el Centro Europeo de Astronautas (EAC), con sede en Colonia , Alemania . La formación europea consta de tres fases: formación básica, formación avanzada y formación específica por fases.

Para todos los astronautas seleccionados por la ESA, el entrenamiento básico comienza en la sede del EAC. Esta sección del ciclo de entrenamiento consta de cuatro bloques separados que duran 16 meses. Los astronautas recibirán una orientación sobre las principales naciones con capacidad espacial, sus agencias espaciales y todos los programas espaciales tripulados y no tripulados más importantes. El entrenamiento en esta fase también aborda las leyes y políticas aplicables al sector espacial. Se introducen los fundamentos técnicos (incluyendo ingeniería, astrodinámica , propulsión, mecánica orbital, etc.) y científicos (incluyendo fisiología humana , biología , observación de la Tierra y astronomía) para garantizar que todos los nuevos astronautas tengan el nivel básico de conocimientos requerido. El entrenamiento se realiza sobre las operaciones e instalaciones de la ISS, incluyendo una introducción a todos los principales sistemas operativos a bordo de la ISS que son necesarios para su funcionamiento como laboratorio de investigación espacial tripulado. Esta fase también cubre en profundidad las operaciones de los sistemas de todas las naves espaciales que dan servicio a la ISS (por ejemplo, Soyuz, Progress , Vehículo de Transferencia Automática ( ATV ) y el Vehículo de Transferencia H-II ( HTV )), así como el control terrestre y el entrenamiento en las instalaciones de lanzamiento. Esta fase de entrenamiento también se centra en habilidades como operaciones robóticas , encuentro y acoplamiento , cursos de ruso, comportamiento y desempeño humano, y finalmente un curso de buceo en aguas abiertas PADI . Este curso de buceo proporciona entrenamiento básico para actividades extravehiculares (EVA) en el NBF de la ESA antes de pasar a las instalaciones de entrenamiento más grandes de la NASA en el Centro Espacial Lyndon B. Johnson .

El entrenamiento avanzado incluye un análisis mucho más profundo de la ISS, incluyendo el aprendizaje del mantenimiento y la operación de todos los sistemas. También se implementa un entrenamiento científico mejorado en esta etapa para garantizar que todos los astronautas puedan realizar experimentos científicos a bordo de la ISS. Esta fase dura aproximadamente un año y el entrenamiento se imparte en toda la red de socios de la ISS, no solo en el Centro de Entrenamiento Avanzado (EAC). Solo al completar esta fase se asigna a los astronautas a un vuelo espacial.

El entrenamiento específico para cada misión comienza solo después de que un astronauta haya sido asignado a un vuelo. Esta fase dura 18 meses y los prepara para su rol en la misión asignada. Durante esta fase, tanto los miembros de la tripulación como las tripulaciones de reserva se entrenan juntas. Las tareas de la tripulación en la ISS se adaptan individualmente, teniendo en cuenta la experiencia y la formación profesional de cada astronauta. Existen tres niveles de usuario diferentes para todos los equipos a bordo (nivel de usuario, nivel de operador y nivel de especialista). Un miembro de la tripulación puede ser especialista en sistemas y, al mismo tiempo, operador o usuario en otros; de ahí que el programa de entrenamiento se adapte individualmente. El entrenamiento específico para cada misión también incluye capacitación para afrontar situaciones excepcionales. Los astronautas también aprenderán a ejecutar los experimentos programados específicamente para sus misiones asignadas.

El entrenamiento para cosmonautas se divide en tres fases: Entrenamiento Espacial General, Entrenamiento Grupal y Entrenamiento de Tripulación. ^{[ 19 ]} El Entrenamiento Espacial General dura aproximadamente dos años y consiste en clases, entrenamiento de supervivencia y un examen final que determina si un cosmonauta será cosmonauta de prueba o de investigación. El año siguiente se dedica al Entrenamiento Grupal, donde los cosmonautas se especializan en la Soyuz o la ISS, así como en habilidades profesionales. Las fases finales, la fase de Entrenamiento de Tripulación, dura un año y medio y se dedica a los procedimientos detallados de operación de la nave, entrenamiento en la ISS y el idioma inglés .

El entrenamiento se lleva a cabo principalmente en el Centro de Entrenamiento de Cosmonautas Yuri Gagarin . Las instalaciones del centro cuentan con réplicas a tamaño real de todas las principales naves espaciales soviéticas y rusas, incluida la ISS. Al igual que los astronautas de la ISS, los cosmonautas se entrenan en Estados Unidos, Alemania, Japón y Canadá para recibir capacitación específica en los distintos módulos de la ISS.

El programa japonés de vuelos espaciales tripulados se ha centrado históricamente en el entrenamiento de astronautas para las misiones del transbordador espacial. Por ello, el entrenamiento se realizaba anteriormente en el Centro Espacial Lyndon B. Johnson de la NASA, siguiendo la trayectoria de los astronautas de la NASA y otros participantes internacionales del programa del transbordador espacial.

Desde el desarrollo de las instalaciones de entrenamiento nacionales en el Centro Espacial de Tsukuba , el entrenamiento se ha llevado a cabo cada vez más en Japón. Con la participación de Japón en la ISS, el entrenamiento de los astronautas japoneses sigue una estructura similar a la de otros socios de la ISS. Los astronautas realizan 1,5 años de entrenamiento básico principalmente en Tsukuba, seguidos de 1,5 a 2 años de entrenamiento avanzado en Tsukuba y en las instalaciones de los socios de la ISS. El entrenamiento de cualquier astronauta internacional de la ISS que utilice el módulo Kibo también se llevará a cabo en el Centro Espacial de Tsukuba. ^{[ 20 ]}

El entrenamiento avanzado va seguido del entrenamiento específico para cada incremento, que, junto con cualquier entrenamiento para Kibo, se llevará a cabo en Tsukuba. El entrenamiento para actividades extravehiculares (EVA) de Kibo se realiza en el Sistema de Pruebas en Entornos de Gravedad Ingrata (WETS). WETS es una instalación de flotabilidad neutra que cuenta con una maqueta a escala real del módulo Kibo en la ISS. El Centro Espacial de Tsukuba también incluye instalaciones médicas para evaluar la idoneidad de los candidatos, una cámara de aislamiento para simular algunos de los factores de estrés mental y emocional de los vuelos espaciales de larga duración, y una cámara hipobárica para entrenar en escenarios de perforación del casco o fallo del sistema de soporte vital que resulten en una reducción o pérdida de la presión del aire. ^{[ 21 ]}

Aunque no se dispone de detalles oficiales sobre el proceso de selección para el programa Shenzhou , se sabe que los candidatos son elegidos por la Administración Espacial Nacional China de la Fuerza Aérea China y deben tener entre 25 y 30 años de edad, un mínimo de 800 horas de vuelo y un título universitario. Los candidatos deben medir entre 160  cm y 172 cm de altura y pesar  entre 50  kg y 70 kg. ^{[ 22 ]} 

Para los astronautas chinos del Shenzhou, el entrenamiento comienza con un programa de un año de duración sobre los fundamentos del vuelo espacial. Durante este período, los candidatos también se familiarizan con la fisiología y la psicología humanas. La segunda fase del entrenamiento, que dura casi 3 años, implica un entrenamiento intensivo en el pilotaje del vehículo Shenzhou en modos nominales y de emergencia. La tercera y última etapa del entrenamiento es el entrenamiento específico para la misión y dura aproximadamente 10 meses. Durante esta fase, los astronautas se entrenan en el simulador de alta fidelidad del Shenzhou, así como en la Instalación de Flotabilidad Neutra ubicada en el Centro de Astronautas de China (ACC), en Pekín . Además del tiempo que pasan en la Instalación de Flotabilidad Neutra (NBF), el entrenamiento para las actividades extravehiculares (EVA) se lleva a cabo en una cámara de alto vacío y baja temperatura que simula las condiciones ambientales del espacio. En todas las etapas del entrenamiento, los astronautas se someten a un acondicionamiento físico, que incluye tiempo en una centrífuga humana ubicada en el ACC y un programa de vuelos de microgravedad, llevado a cabo en Rusia. ^{[ 23 ]}

El programa indio de vuelos espaciales tripulados aún espera la aprobación formal. Una vez autorizado, se espera que la misión lleve a dos indios en una nave orbital tipo Soyuz a la órbita terrestre baja . El entrenamiento de estos astronautas debería basarse en las lecciones aprendidas del entrenamiento del único cosmonauta indio, el comandante de ala Rakesh Sharma ( véase Salyut-7, 1984 ), y en la cooperación internacional de la India con la NASA y Roscosmos . La India podría continuar con su programa de vuelos espaciales tripulados por su cuenta, lo que requeriría que la Organización India de Investigación Espacial ( ISRO ) desarrollara su propio programa de entrenamiento. La India planea construir un centro de entrenamiento de astronautas y un centro de ingeniería biomédica a entre 8 y 10 kilómetros del Aeropuerto Internacional Kempegowda. Este centro se utilizará para el entrenamiento de futuros astronautas, ya que el entrenamiento para la primera misión tripulada de la India tendrá lugar en Estados Unidos o Rusia. El centro Kempegowda contará con cámaras para la regulación de la radiación, el ciclo térmico y el entrenamiento en aceleración centrífuga. ^{[ 24 ]}

Los astronautas que participan en misiones de larga duración, como las que van a la Luna o a Marte , deben desempeñar múltiples tareas y funciones, ya que en dichas misiones deberán operar de forma prácticamente autónoma y ser competentes en diversas áreas. Para este tipo de misiones, el entrenamiento de los astronautas probablemente incluirá formación como médicos , científicos , ingenieros, técnicos , pilotos y geólogos . Además, se prestará especial atención a los aspectos psicológicos de las misiones de larga duración, donde la tripulación se encuentra en gran medida aislada. ^{[ 25 ]}

Actualmente, una misión de seis meses a la ISS requiere hasta cinco años de entrenamiento para astronautas. Este nivel de entrenamiento es el habitual y probablemente se ampliará para futuras misiones de exploración espacial. También podría incluir entrenamiento en vuelo. Es posible que la ISS se utilice en el futuro como centro de entrenamiento de astronautas de larga duración.

Una herramienta poderosa para el entrenamiento de astronautas será el uso continuado de entornos análogos, incluyendo las Operaciones de Misión en Entornos Extremos de la NASA ( NOAA NEEMO ), los Estudios de Investigación y Tecnología del Desierto de la NASA ( Desert RATS ), Envihab (planificado), la Unidad de Investigación de Análogos de Vuelo , el Proyecto Haughton-Mars o incluso la ISS (en vuelo).

Se prevé que la interacción humano-robot desempeñe un papel fundamental en las misiones de larga duración. Los robots asistentes y exploradores de entornos extremos liberan a los astronautas de tareas rutinarias y los protegen de riesgos innecesarios. Entre 2011 y 2018, el robot humanoide Robonaut 2 fue probado en la Estación Espacial Internacional (ISS).

El entrenamiento también debe evolucionar para futuros alunizajes y misiones tripuladas a Marte . ^{[ 26 ]} Factores como la dinámica de la tripulación, el tamaño de la tripulación y las actividades de la tripulación desempeñan un papel crucial, ya que estas misiones durarían desde un año en la Luna hasta tres años en Marte. El entrenamiento requerido para tales misiones debe ser versátil, intercultural y fácil de aprender, adaptar e improvisar.

Un viaje a Marte requerirá que los astronautas permanezcan en la cápsula tripulada durante nueve meses. ^{[ 27 ]} La monotonía y el aislamiento del viaje presentan desafíos psicológicos. El largo período que se pasa en la cápsula tripulada es comparable a otras formas de confinamiento solitario, como en submarinos o bases antárticas. Estar en un entorno aislado y confinado genera estrés, conflictos interpersonales y otros problemas conductuales y mentales. ^{[ 28 ]}

Los investigadores están estudiando cómo se pueden adaptar las herramientas de salud mental existentes para ayudar a la tripulación a afrontar los factores estresantes que surgirán en un entorno aislado y confinado (ICE) durante misiones prolongadas. ^{[ 29 ]} La Estación Espacial Internacional utiliza un sistema de gestión de conflictos conductuales conocido como Estación Espacial Virtual (VSS) para minimizar los conflictos entre los miembros de la tripulación y abordar los desafíos psicológicos. ^{[ 30 ]} El programa cuenta con módulos que se centran en la gestión de relaciones, el estrés y la depresión, que guían a los astronautas a través de una sesión de terapia virtual en el espacio. ^{[ 29 ]}

Las tecnologías de realidad virtual se lanzaron comercialmente por primera vez en la década de 1990. No fue hasta entonces que se comprendió que la RV podía utilizarse en el entrenamiento de astronautas. Los primeros dispositivos de RV para el entrenamiento de astronautas estaban diseñados para mejorar la comunicación entre los operadores de brazos robóticos y el astronauta durante las actividades extravehiculares (EVA). Esto permite que los miembros de la tripulación de EVA y los operadores de brazos robóticos interactúen en tiempo real, incluso cuando se encuentran a bordo de una nave espacial. ^{[ 31 ]} También se utiliza para reemplazar algunos de los modelos de gran tamaño que no caben en el Laboratorio de Flotabilidad Neutra (NBL).

En 1993, los astronautas fueron entrenados y evaluados para trabajar en el Telescopio Espacial Hubble mediante una herramienta de entrenamiento de realidad virtual, denominada RAVEN (Research in Human Factors Aspects of Enhanced Virtual Environments for EVA Training and Simulation). Sin embargo, el objetivo de RAVEN no era entrenar a los astronautas, sino evaluar la eficacia del entrenamiento mediante realidad virtual en comparación con el entrenamiento subacuático y otras configuraciones. ^{[ 32 ]}

La realidad virtual puede utilizarse para la planificación de misiones, el diseño cooperativo e interactivo y la resolución de problemas de ingeniería, entre otros casos de uso. ^{[ 33 ]}

Si bien las instalaciones de entrenamiento para actividades extravehiculares (EVA) pueden simular las condiciones del espacio, incluyendo la presión y la iluminación, el entorno de microgravedad no se puede recrear completamente en el entorno terrestre de 1 G. ^{[ 34 ]} La realidad virtual se utiliza durante el entrenamiento de EVA para aumentar la inmersión en el proceso de entrenamiento. El Centro Espacial Johnson de la NASA cuenta con instalaciones como el Centro de Maquetas de Vehículos Espaciales (SVMF), el Laboratorio de Realidad Virtual (VRL) y el Laboratorio de Flotabilidad Neutra (NBL).

El SVMF utiliza el Simulador de Gravedad Parcial (PGS) y el piso de cojinetes de aire (PABF) para simular la gravedad cero y los efectos de las leyes del movimiento de Newton . ^{[ 35 ]} Sistemas de entrenamiento similares se originaron en el entrenamiento de Apolo y Géminis. La realidad virtual mejora los sentidos del astronauta durante módulos de entrenamiento como operaciones de desconexión rápida de fluidos, caminatas espaciales y reparaciones del sistema de protección térmica (TPS) del transbordador espacial. ^{[ 35 ]}

El Laboratorio de Realidad Virtual de la NASA utiliza la realidad virtual para complementar el Sistema Simplificado de Ayuda para Rescate en Actividades Extravehiculares (SAFER) como ayuda simplificada. El entrenamiento de RV ofrece una simulación gráfica tridimensional de la Estación Espacial Internacional (ISS) con un casco, guantes con retroalimentación háptica y un rastreador de movimiento. ^{[ 36 ]} En 2018, dos astronautas de la Expedición 55, Richard R. Arnold y Andrew J. Feustel , recibieron entrenamiento de realidad virtual y realizaron la caminata espacial número 210. ^{[ 37 ]} El Laboratorio de Realidad Virtual ofrece a los astronautas una experiencia inmersiva de RV para las caminatas espaciales antes del lanzamiento al espacio. El proceso de entrenamiento combina un programa de renderizado gráfico que replica la ISS y un dispositivo llamado Robot Charlotte que permite a los astronautas explorar visualmente su entorno mientras interactúan con un objeto. El robot Charlotte es un dispositivo simple con un brazo de metal unido al costado que permite al usuario interactuar con el dispositivo. El usuario usa guantes con retroalimentación háptica con sensores de fuerza que envían señales a una computadora central. ^{[ 38 ]} En respuesta, la computadora central maniobra el dispositivo usando una red de cables y calcula cómo se comportaría en el espacio mediante la física. ^{[ 39 ]} Si bien los objetos no tienen peso en el espacio, un astronauta debe estar familiarizado con las fuerzas de inercia de un objeto y comprender cómo responderá el objeto a movimientos simples para evitar perderlo en el espacio. ^{[ 38 ] [ 40 ]} El entrenamiento puede completarse individualmente o con un compañero. Esto permite a los astronautas aprender a interactuar con la masa y los momentos de inercia en un entorno de microgravedad. ^{[ 39 ]}

El Laboratorio de Flotabilidad Neutra (NBL) tiene ventajas para simular un entorno de gravedad cero y reproducir la sensación de flotar en el espacio. El método de entrenamiento se logra mediante la construcción de un entorno de baja gravedad a través del mantenimiento de la flotabilidad natural en una de las piscinas más grandes del mundo. La piscina del NBL utilizada para practicar actividades extravehiculares o caminatas espaciales tiene 62 metros (203 pies) de largo, 31 metros (102 pies) de ancho y 12 metros (39 pies) de profundidad, ^{[ 15 ]} con una capacidad de 6,2 millones de galones. ^{[ 41 ]} Se utiliza un casco de realidad virtual montado en la cabeza para proporcionar información visual durante el entrenamiento con una velocidad de fotogramas de 60 fps y una resolución de pantalla de 1280 por 1440. ^{[ 41 ]} El sistema de entrenamiento de RV subacuática tiene un costo de entrenamiento reducido debido a la accesibilidad de las aplicaciones de RV, y los astronautas necesitan menos tiempo para completar la tarea de práctica asignada.

A pesar de los módulos de entrenamiento de la NASA, el entrenamiento para vuelos espaciales comerciales también utiliza tecnología de realidad virtual para mejorar sus sistemas de entrenamiento. El equipo de realidad virtual de Boeing desarrolla un sistema de entrenamiento para el Boeing Starliner con el fin de capacitar a los astronautas para el transporte entre la Tierra y la ISS. El sistema de entrenamiento de RV puede simular situaciones de alta velocidad y escenarios de emergencia, como el lanzamiento, la entrada al espacio y el aterrizaje en un lugar inesperado. ^{[ 42 ]}

La reorientación visual es un fenómeno que ocurre cuando la percepción de un objeto cambia debido a la modificación del campo visual y las señales. ^{[ 43 ]} Esta ilusión alterará la percepción del astronauta sobre la fuerza de orientación de la gravedad y, por lo tanto, perderá la dirección espacial. Los astronautas deben desarrollar una buena conciencia y orientación espacial para superar la reorientación visual. En el entrenamiento tradicional de desorientación, por ejemplo, el Centro de Entrenamiento de Cosmonautas Yuri Gagarin entrena al astronauta simulando un entorno de microgravedad mediante una centrífuga. ^{[ 7 ]} En contraste, el entrenamiento con realidad virtual requiere menos equipo, lo que permite entrenar a los astronautas de manera más económica.

El entrenamiento en realidad virtual utiliza dispositivos de interacción de realismo mixto, como cabinas en simuladores de vuelo, que pueden reducir el mareo por simulación y aumentar el movimiento del usuario. ^{[ 44 ]} En comparación con el entrenamiento tradicional, el entrenamiento en RV es más eficaz para minimizar los efectos del mareo espacial y la desorientación espacial. Los astronautas que recibieron entrenamiento en RV pueden realizar la tarea un 12 % más rápido, con una disminución del 53 % en los síntomas de náuseas. ^{[ 45 ]}

Si bien la RV se utiliza en el entrenamiento de astronautas en tierra, la tecnología inmersiva también contribuye al entrenamiento en órbita. ^{[ 46 ]} Las pantallas montadas en la cabeza de RV pueden ayudar al astronauta a mantener el bienestar físico como parte del entrenamiento de mantenimiento de competencias. ^{[ 7 ] [ 46 ]} Además, los sistemas de RV se utilizan para garantizar la salud mental de los miembros de la tripulación. Las simulaciones de escenarios sociales pueden mitigar el estrés y establecer la conexión en el entorno aislado y confinado (ICE). ^{[ 46 ]}

La realidad virtual aclimata a los astronautas a entornos espaciales como la Estación Espacial Internacional antes de partir de la Tierra. Si bien los astronautas pueden familiarizarse con la ISS durante el entrenamiento en el Laboratorio de Realidad Virtual (NBL), solo pueden ver ciertas secciones de la estación. Aunque los prepara para las tareas que realizarán en el espacio, no necesariamente les proporciona una comprensión espacial completa de la distribución de la estación. Ahí es donde la realidad virtual juega un papel importante. El Laboratorio de Realidad Virtual utiliza un sistema conocido como el programa de Gráficos Ubicuos Dinámicos a Bordo (DOUG) para modelar el exterior de la ISS, incluyendo calcomanías, líneas de fluidos y líneas eléctricas, de modo que la tripulación pueda aclimatarse a su nuevo entorno. ^{[ 38 ]} El nivel de detalle va más allá del exterior de la estación. Cuando un usuario entra en el espacio, ve negro puro hasta que sus pupilas se dilatan y el cielo se llena de estrellas en un fenómeno llamado "efecto de floración". ^{[ 47 ]}

Si bien la realidad virtual prepara a los astronautas para las tareas desconocidas que enfrentarán en el espacio exterior, el entrenamiento no logra replicar el estrés psicológico y emocional que experimentan a diario. Esto se debe a que las tareas virtuales no tienen las mismas repercusiones que las tareas reales y la tecnología no produce efectos psicológicos intensos, como la claustrofobia, que suele presentarse en entornos cerrados. ^{[ 48 ]}

La simulación de un entorno de microgravedad virtual puede ser costosa debido a los requisitos de equipo adicionales. A diferencia de la realidad virtual comercializada, el equipo que utiliza la NASA no se puede producir a gran escala porque los sistemas requieren tecnología suplementaria. ^{[ 29 ]} Varios programas de RV funcionan en combinación con el Laboratorio de Flotabilidad Neutra o el Robot Charlotte en el Laboratorio de Realidad Virtual, lo que requiere instalaciones costosas y no elimina el componente de viaje que la RV puede minimizar. ^{[ 49 ]} El robot Charlotte de la NASA está limitado por cables que simulan el entorno de microgravedad y el Laboratorio de Realidad Virtual solo tiene dos máquinas en su poder. ^{[ 38 ]} Este sistema de entrenamiento en particular requiere un sistema de guante virtual (GVX) que se ha incorporado al entrenamiento en la NASA y al sistema virtual EVA en el Centro de Astronautas de China. ^{[ 50 ]} Mediante sensores integrados en la tela, los guantes pueden detectar cuándo el usuario decide agarrar un objeto o soltarlo, pero la tecnología necesita desarrollarse aún más para integrar movimientos precisos del usuario en programas virtuales. ^{[ 39 ]} Se ha informado que estos guantes son incómodos y solo capturan movimientos limitados. ^{[ 48 ]} Los sensores de movimiento de cuerpo completo también se han incorporado al entrenamiento y tienden a ser costosos, pero necesarios para obtener una retroalimentación táctil efectiva en respuesta a los movimientos de los astronautas. Si bien se han desarrollado programas de realidad virtual que no requieren sensores de cuerpo completo, su ausencia reduce el grado en que un usuario puede interactuar con el mundo virtual. ^{[ 48 ]}

El objetivo principal de la investigación futura sobre tecnologías de realidad virtual en la exploración espacial es desarrollar un método para simular un entorno de microgravedad. Si bien ha sido un objetivo desde el inicio del uso de la RV en el entrenamiento de astronautas, se han logrado pocos avances. La configuración actual utiliza una cuerda elástica sujeta a los pies de la persona, un columpio sujeto al cuerpo y, finalmente, un dispositivo de RV montado en la cabeza. ^{[ 51 ] [ 52 ]} Sin embargo, los participantes en experimentos que utilizan esta configuración para simular entornos de gravedad reducida solo experimentan la sensación de moverse en el espacio con la ayuda de la RV, pero la experiencia no se asemeja a un entorno real de gravedad cero en el espacio exterior. Específicamente, la presión de la cuerda elástica y el columpio debido al propio peso de los participantes crea una sensación irreal y desagradable. ^{[ 51 ]} La tecnología actual puede ser suficiente para que el público general experimente cómo es moverse en el espacio, pero aún está lejos de ser utilizada formalmente como herramienta de entrenamiento de astronautas.

Estos esfuerzos por simular la microgravedad tienen un propósito similar: crear un entorno cada vez más inmersivo para el entrenamiento de los astronautas.