俄羅斯航天員選拔訓練系統(tǒng)的建立和發(fā)展

宋堯 劉新麗（中國航天員科研訓練中心）

俄羅斯航天員選拔和訓練系統(tǒng)的建立，與尤里·阿列克謝耶維奇·加加林標志性的首飛是分不開的。加加林的首飛也奠定了載人航天飛行紀元的開端。在過去的半個多世紀里，俄羅斯航天員選拔和訓練系統(tǒng)確保了多個載人計劃的高效實施。目前，該系統(tǒng)已成為航天探索過程中必不可缺的關鍵要素，離開這一系統(tǒng)的支持，載人飛行將是寸步難行。

事實上，航天員訓練中心建立之日與人類歷史上重要的時刻之一—尤里·加加林首次太空飛行僅僅相隔了1年多。為實現(xiàn)人類的首次航天飛行，需要成立一個專門的中心，其任務就是選拔預備航天員，并訓練他們參加太空飛行。總設計師謝爾蓋·科羅廖夫提出了要建立航天員訓練中心的倡議，并且還對該中心的主要職能進行了初步規(guī)劃。經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，該中心已建成先進的航天員選拔訓練系統(tǒng)。尤里·加加林不僅是中心第一批航天員學員，并且還是該中心的奠基人之一，他對航天員訓練科學方法的建立起到了重要作用。直至今日，航天員訓練中心一直冠以加加林的名字。

1 航天員訓練中心的成立歷史

1959年初，蘇聯(lián)部長會議和蘇共中央會議做出了實施首次載人飛行任務的決定。同年10月，開始在空軍各部隊選拔航天員候選人。選拔由航空醫(yī)生負責。軍醫(yī)們經(jīng)過研究分析后得出結論認為，首次參加太空飛行的候選人最適合從軍事飛行員中挑選。總設計師科羅廖夫對此表示贊同：“殲擊機飛行員最適合做這件事，他們是全能專家，既是飛行員，也是領航員，同時也是通信員和隨船工程師。作為一名軍官，他具有必備的品德意志，軍人還具有專注、紀律性和對既定目標頑強追求的精神。”

首次選拔過程中，共審查了3461份年齡在35歲以下的空軍殲擊機飛行員的申請資料。從中選拔出20名符合要求的候選人參加航天飛行訓練。就是這20人組成了第一支航天員隊伍，后來被稱為“加加林大隊”。

航天員大隊首批的20名成員，只有12人完成了飛上太空的夢想。有8人最終也沒能翻開屬于自己的航天飛行的一頁。

1）其中5人參加了1次飛行：尤里·加加林，格爾曼·季托夫，帕維爾·別利亞耶夫，葉夫根尼·赫魯諾夫，格奧爾吉·紹寧；

2）5人參加了2次航天飛行：安德里揚·尼古拉耶夫，帕維爾·波波維奇，弗拉基米爾·科馬羅夫，阿列克謝·列昂諾夫，鮑里斯·沃雷諾夫；

3）2人參加了3次航天飛行：瓦列里·貝科夫斯基，維克托·戈爾巴特科。

1959年底，在科羅廖夫和空軍總司令韋爾希寧的申請下，通過了一項政府決議：在空軍成立一個專門的中心，為太空飛行開展訓練。根據(jù)這一決定，1960年1月11日空軍司令下達命令，批準了航天員訓練中心的組織結構和編制人數(shù)。這樣，1960年1月11日就成為航天員訓練中心的“生日”。

因為一切幾乎都要從零開始，最復雜的是工作最初的組織階段。空軍司令部任命尼古拉·卡曼寧負責組建航天員訓練中心，他曾參與著名的切留斯金號船的救援活動，并因此獲得“蘇聯(lián)英雄”稱號。同他一起從事組建工作的還有參與過戰(zhàn)爭的殲擊機飛行員、蘇聯(lián)英雄列奧尼德·戈列戈利亞德。任命上校軍醫(yī)耶甫根尼·卡爾波夫擔任航天員訓練中心第一任主任。他們3人充分認識到蘇聯(lián)首批航天員選拔和培訓這項任務的責任重大。

1960年3月初，第一組（即首批）航天員學員們來到了伏龍之中心機場。3月14日上了基礎航天培訓的第一課。首批航天員學員的訓練內容包括：理論課程，各種模擬器上的訓練在負責建造飛船的科羅廖夫試驗設計局開展實踐和練習。根據(jù)科羅廖夫的指示，由科羅廖夫試驗設計局的專家們給航天員學員上火箭技術和天體力學課。

莫斯科的中央機場不具備可用于航天員開展訓練的場地，因此需要專門的一個地方來建航天員訓練中心。最終，在奇卡洛夫軍用機場邊上選了一片土地，這里距離科科羅廖夫試驗設計局僅有半小時車程，遠離吵鬧的交通樞紐和工業(yè)企業(yè)，四周環(huán)繞著茂密的森林。未來的的航天員和專家們最初被安置在軍用機場的營區(qū)內，中心的訓練設施和航天員的住房是同時開始建設的。1960年夏，在現(xiàn)在全世界聞名的“星城”里，航天員訓練中心開始發(fā)揮其職能。

加加林航天員訓練中心空中俯視圖

2 航天員選拔和訓練體系建立的幾個階段

在加加林航天員訓練中心歷史上有很多意義重大的紀念日。在其50余年的發(fā)展歷史上，“首次”一詞越來越為大家所熟悉和習慣：首次開展人類太空飛行訓練；首次一晝夜飛行；首次進行出艙活動；首次開展空間站乘組訓練，還有其他許許多多的首次。航天員選拔和訓練體系逐步建立起來，選拔和訓練體系的各種保障系統(tǒng)也逐步得到完善：科研保障、訓練方法保障、醫(yī)學保障、實踐訓練保障、組織保障及其他。

航天員選拔—指的是措施、方法和程序，用于指導選拔出適于在載人航天器上工作的人，其個人各方面的素質要在最大程度上符合一名職業(yè)航天員應具備的訓練水平。候選人經(jīng)選拔可進入航天員大隊（俄羅斯現(xiàn)在已經(jīng)在加加林航天員訓練中心成立了統(tǒng)一的航天員大隊），并開始進行基礎航天培訓。

航天員培訓—這里包含著一整套措施，旨在使航天員具有可靠安全地完成航天飛行計劃所需要的知識、技術和技能。

隨著時代發(fā)展及航天員在航天器艙內發(fā)揮著越來越積極的作用，航天員選拔和訓練體系也獲得了一些新的特性。如果說，載人航天時代初期，主要的任務是訓練航天員的身體素質，使其適應新的在軌環(huán)境，當時人們需要了解航天員能否在航天飛行環(huán)境下生活和工作。而現(xiàn)階段，主要任務是訓練航天員具備駕駛員、測試員和研究員的多項綜合素質。作為一名駕駛員，航天員應善于完成多項且種類繁多的操作，具體包括駕駛復雜的航天飛船、操控在軌空間站、艙載系統(tǒng)的技術維護、完成出艙作業(yè)、處置航天飛行期間突發(fā)的非正常及應急狀況；作為一名測試員，航天員應善于評價新的航天設備的工作狀態(tài)，設備的完善和改進問題；而作為一名研究員，航天員則應具備完成航天飛行計劃重要的一個組成部分—開展研究和實驗的能力。

航天員選拔訓練體系的發(fā)展分為3個階段，這3個階段也標志著載人航天飛行計劃的不斷復雜化，以及訓練的科學方法基礎原則性的改變和深入。

第一階段：1961－1971年，這一階段主要開展“東方”（Vostok）、“上升”（Voskhod）及最初的“聯(lián)盟”（Soyuz）飛船的自主飛行，飛行時間達4晝夜；

第二階段：1971－1977年，這一階段開展了禮炮號（Salyut）～禮炮－5空間站長期飛行，飛行時間達60晝夜；

第三階段：1977年至今，這一階段主要開展空間站長期飛行，禮炮－6、禮炮－7、和平號空間站（Mir）及“國際空間站”（ISS），飛行時間平均達200晝夜左右。

第一階段上建立起航天員訓練的科學-方法基礎。第二階段與空間站飛行緊密相關，從最早的禮炮號一直到禮炮－5空間站。在這一階段上，載人航天器乘組活動復雜程度不斷加大，與此同時，對航天員工程技術方面培訓的要求也顯著提高。航天飛行時間延長到60晝夜，促進了航天員生物醫(yī)學培訓的發(fā)展，飛行后康復的方法得到完善，并產(chǎn)生了新的培訓類型（課目）。

航天員選拔培訓體系建立的第三階段與執(zhí)行禮炮－6、禮炮－7、和平號、“國際空間站”長期飛行過程中航天員活動的復雜性密切相關，并且與搭乘新型載人飛船聯(lián)盟－T（1980年）、操作艙載數(shù)字計算機系統(tǒng)密切相關，這些復雜的活動使航天員培訓的技術發(fā)生了原則性的改變。這一時期，航天飛行的持續(xù)時間明顯延長，平均為200晝夜。乘組成員承受的負荷大大增加：體力負荷、情感負荷及信息方面的負荷。這些問題的出現(xiàn)，要求進一步發(fā)展航天員培訓的科學方法基礎理論，發(fā)展飛行后康復的方法。

在現(xiàn)階段，航天員選拔訓練系統(tǒng)急需解決的一個主要課題是信息的加工處理。如今，“國際空間站”飛行中需要進行的操作數(shù)量、需要監(jiān)督控制的過程及參數(shù)的數(shù)量多達數(shù)萬個。如此大量的信息，要想和航天飛行初期那樣全部掌握幾乎是不可能的，需要將那些在訓練中告知航天員的信息進行有效的結構化，減少航天員需要掌握的信息總量，增加某些信息的價值。顯然，航天員選拔培訓體系發(fā)展的下一階段面臨著解決這一現(xiàn)實課題。

加加林中心航天員歷年選拔情況1)

3 航天員選拔培訓體系的幾個要素

當前，航天員選拔和培訓體系的突出特征是它的科學基礎，有計算機軟件和方法保障，有計劃系統(tǒng)，有全套的技術訓練設備，能夠符合各種航天計劃的訓練要求。該體系最重要的原則是航天員選拔和培訓過程的階段性和連貫性原則。

階段性原則貫穿了航天員的選拔和培訓。航天員的選拔是逐步展開環(huán)環(huán)相扣的：醫(yī)學選拔、心理選拔、教育背景篩選、個人的品德、航天員職業(yè)活動能力評估。

航天員培訓的幾個循序漸進的階段

當前航天員的培訓含有幾個循序漸進、彼此相關的階段：第一階段：預備航天員和航天員的基礎航天培訓；第二階段：按專業(yè)分組及按照航天器類型（或專業(yè)方向）進行培訓；

第三階段：確定乘組及飛行計劃后的培訓；

第四階段：在航天飛行過程中，在空間站艙內對乘組開展訓練。

環(huán)環(huán)相扣的原則保障了對航天員重要職業(yè)素質的發(fā)展開展不間斷的研究，從航天員候選人的初次選拔開始，到被任命到具體的飛行乘組。這一原則貫穿了航天員訓練的所有階段和環(huán)節(jié)。

當前航天員選拔訓練系統(tǒng)的結構

航天員培訓各階段流程示意圖

“國際空間站”俄羅斯艙段模擬器

出艙－2模擬器

航天員訓練技術保障設備

現(xiàn)代化的技術設備可以保障對航天員進行航天飛行中的所有元素進行充分的訓練。加加林航天員訓練中心目前擁有完善的航天員訓練基礎設施，包括：“聯(lián)盟”飛船模擬器、“國際空間站”俄羅斯艙段模擬器、飛行實驗室（伊爾－76）、出艙－2模擬器、天文館、離心機、中性浮力水槽、生物醫(yī)學培訓設備等。

“聯(lián)盟”飛船和“國際空間站”俄羅斯艙段的專項模擬器和綜合模擬器，是真實航天飛行產(chǎn)品的全尺寸模型，裝備有外部太空環(huán)境的現(xiàn)代化模擬系統(tǒng)，以及全套的艙載設備和配套的管理軟件。

飛行實驗室—失重飛機

浮力水槽

加加林航天員訓練中心的訓練設施里還包括直徑23m、深12m的中性浮力水槽，用于在模擬的失重環(huán)境中開展航天員外太空出艙活動的訓練。該中心還擁有臂長為18m的離心機，用于模擬航天員發(fā)射入軌及返回地球進入大氣層時的過載。

航天員訓練中還使用飛行實驗室。其中一個是利用伊爾－76飛機改裝的，用于開展短時失重條件下航天員的訓練、生物醫(yī)學研究和飛行產(chǎn)品的測試。第二個飛行實驗室是圖－134飛機，用于開展航天員從太空對地球進行觀測的訓練。

天文館屬于加加林航天員訓練中心獨一無二的訓練設備之一，用于航天員研究星空、天文導航和天體定向訓練，使航天員從飛船舷窗進行模擬觀測星空（約9000顆星星），能夠模擬任意時刻、軌道高度和軌道飛行器運動時各天體的真實位置。

航天員訓練及飛行的醫(yī)學保障

加加林航天員訓練中心具備相當完善的醫(yī)學部門，具備各種技術手段，可以對航天員的健康狀況進行評價、開展前庭和體位訓練、抵御大氣成分變化及過載影響的訓練、預防航天飛行因素不良影響的訓練、身體素質訓練及飛行后的康復。

為保持航天員的健康及職業(yè)長壽所采取的綜合醫(yī)學措施中，航天飛行結束后的康復措施發(fā)揮著很重要的作用。當今，航天飛行后航天員工作能力和健康的恢復十分重要，因為現(xiàn)在航天飛行時間較以前明顯延長，有些航天員多次參加飛行任務，并且還有年紀較大和健康狀況有一定偏差的太空游客參加航天飛行。

盡管應用了現(xiàn)有的預防措施和手段，但是航天飛行因素，首先就是失重的長期作用導致航天員身體出現(xiàn)明顯的形態(tài)和功能上的改變。在經(jīng)歷了從返回段的過載考驗后，再次遇到地球重力，自然會伴隨全身的虛弱、乏力、極度疲勞、運動協(xié)調性受損、行走及姿態(tài)不穩(wěn)定、有昏厥的傾向。所有航天員都指出，長期航天飛行著陸后的最初幾分鐘、幾小時，他們覺得地球的重力就像2gn～3gn的過載，伴隨著身體、腿、手、頭部異常沉重的感覺。在這一時期，醫(yī)生也在對航天員飛行后身體出現(xiàn)的典型變化進行診斷。長期航天飛行結束后，專門的康復措施是在著陸后的初期最大限度地限制重力和運動負荷，之后再逐步增加。目前，已研究制定并成功試用了航天員飛后高效康復的技術。該技術能夠使長期航天飛行后的康復期限制在2～3周。并且在康復的第5天，航天員已經(jīng)有能力開始撰寫完成航天飛行計劃的技術報告了。

航天員訓練的主要科目及教學保障

航天飛行中航天員的活動包括大量種類繁多的任務，并且航天員的活動要受到許多因素的影響，這些因素必須在航天飛行的地面訓練階段予以重視，航天員的訓練過程因此要分為不同的類別，每一個類別都有自己獨特的手段和方法保障。

航天員訓練的主要課目有：跳傘訓練、野外生存訓練、失重飛機飛行訓練、教學-訓練飛行、隔音室訓練、彈射訓練、低壓艙訓練、出艙活動訓練、離心機過載訓練、模擬器內的綜合訓練等。

航天員訓練的每一類別培養(yǎng)的是航天員及乘組某一方面的、對于完成航天飛行計劃而言是必需的職業(yè)素質，而有一些訓練類別隨著時間逐漸變成次要的，例如彈射訓練。

俄羅斯航天員選拔和訓練系統(tǒng)中重要的一環(huán)是航天員訓練中心的人員。人員的組成是：管理人員、科技人員（目前航天員訓練中心有8名博士、62名副博士）、教練員-教員和工程師-技術人員、潛水專家、醫(yī)學專家、飛行和機場技術人員，經(jīng)濟活動專家、行政后勤管理人員、航天員訓練中心保障部門的生產(chǎn)人員。必須指出，航天員訓練專家是俄羅斯現(xiàn)有教育體系不培養(yǎng)的。因此，該中心還有義務對教員、教練員進行再教育和再培訓。

4 航天員選拔培訓系統(tǒng)和其他航天機構的協(xié)同

目前所形成的航天員選拔和培訓系統(tǒng)與航天基礎設施緊密聯(lián)系在一起，而這樣的相互配合才使得載人航天飛行成為可能。航天員選拔培訓系統(tǒng)在載人航天計劃的各階段上與其他要素緊密協(xié)作，這些階段主要有：制定載人航天計劃、航天設備的設計和鑒定、測試，完成航天飛行，評價飛行結果、根據(jù)未來的航天計劃建立科學技術儲備等。與此同時，航天員訓練中心在火箭航天領域最主要的功能是：航天員選拔、職業(yè)培訓和航天飛行后的康復，航天員訓練中心是上述3個方面的總體。

加加林航天員訓練中心與其他機構的協(xié)作

5 航天員訓練取得的成果

在過去的半個世紀的時間里，俄羅斯航天員選拔培訓系統(tǒng)保障了大量俄羅斯及國際載人航天計劃得以積極有效地實施。俄羅斯本國的載人航天計劃有：東方號運載火箭、上升號載人飛船、“聯(lián)盟”飛船、3次月球計劃、“鉆石”（Almaz）、暴風雪號（Buran）航天飛機、禮炮號空間站、和平號空間站。國際載人航天計劃有：“聯(lián)盟-阿波羅”（Apollo-Soyuz Test Project）、“國際太空”（Interkosmos）、歐洲和平號－95和97（Euromir－95和97）、“和平號-航天飛機”（Shuttle-Mir Program）、“和平號-NASA”（NASA-Mir science program）、“國際空間站”計劃。

蘇聯(lián)/俄羅斯航天員飛行次數(shù)統(tǒng)計（截至2018年9月）

截至2018年9月，全世界共有555名航天員參加了航天飛行，其中俄羅斯（包括蘇聯(lián)）航天員為123人，來自28個國家的98名國外航天員乘坐過俄羅斯（蘇聯(lián)）的載人飛船及在空間站上飛行過。

加加林航天員訓練中心自2001－2009年共培訓了準備參加航天飛行的20名非職業(yè)航天員，其中10人搭乘“聯(lián)盟”飛船參加了“國際空間站”飛行，這10名太空游客分別來自美國、南非、巴西、馬拉西亞、韓國、加拿大，平均每人飛行8～11天。美國太空游客查爾斯·西蒙尼2次到訪過“國際空間站”。

6 航天員選拔訓練系統(tǒng)未來的發(fā)展方向

當前，世界幾個主要的航天強國目光都聚焦在包括月球、火星探測在內的航天計劃上，為此計劃建造新的運輸系統(tǒng)、組裝軌道組合體。

在俄羅斯參加訓練的非職業(yè)航天員及飛行情況（2001－2009年）

這些任務的落實離不開人在太空及月球表面上開展作業(yè)，載人月球考察的目的是對月球進行科學和工業(yè)開發(fā)。與近地軌道飛行相比，以及與之前已完成的短暫登陸月球表面的飛行相比，新的探測任務更為復雜。這是由探月飛行的條件和特點、長期在月球表面駐留、航天員所要執(zhí)行的任務決定的。因此，登月任務航天員的選拔和訓練在所有階段上的要求可能要顯著增加或變得更為嚴格。

月球計劃飛行的特點需要乘員具有在軌組織獨立、有創(chuàng)造性活動的能力，具有在不確定性和長期缺少地面支持的情況下正確采取決定的能力。為了最大限度地使執(zhí)行月球探索任務的航天員的職業(yè)活動保持高效和可靠，需要在理論和實踐層面上解決如何使乘組成員角色分工最佳化。這是一個任務參與者的專業(yè)化水平和可替換性的選擇問題。

為進一步發(fā)展未來星際飛行航天員選拔訓練系統(tǒng)，需要解決以下問題：

1）為深空探索任務航天員的選拔和訓練制定新的理論；

2）研制航天員培訓的新技術設備；

3）為在月球上開展活動進行訓練；

4）深空飛行的安全保障，行星上開展活動的安全保障；

5）開發(fā)并研制航天員深空飛行的醫(yī)學保障和心理支持的原則和手段；

6）制定深空飛行任務結束后航天員康復的概念和方法，制定延長航天員職業(yè)壽命的原則；

7）制定新的優(yōu)化訓練大綱，同時考慮到乘組成員深度專業(yè)化和通用性要求的矛盾。

必須在近地軌道或是近月軌道上組裝月球組合體、登月飛船從月球起飛后與軌道組合體對接，這幾項任務要求對航天員開展太空中航天器的搜尋、接近和對接的訓練。

需要借助天文導航設備來監(jiān)控組合體在“地-月-地”航線上的運動，需要增加對航天員開展導航星的研究及天文導航設備使用的培訓。由于從月球到地球返回階段的飛行極為復雜且責任重大，有必要在月球考察任務乘組中設置一名專業(yè)的領航員，用于監(jiān)督自動化導航設備的工作及在自動化系統(tǒng)故障時實施自主導航。該名乘員的理論培訓計劃中應包含專門的太空導航課程。航天員-領航員的功能崗位可以與駕駛員的職位相結合。

選擇著陸點時，要在距月球表面15～100km高的軌道上飛行，需要與在近地軌道上駕駛飛船完全不同的駕駛技能。

由于月球表面存在月塵，因此在選擇著陸點時要使飛船懸停在月球表面的一定高度上，以避免形成塵云。駕駛飛船在沒有大氣的月球表面著陸的基本技能，可以利用可直升直降的測試平臺和地面模擬器來進行訓練。

目前，正在展開如何使現(xiàn)有訓練設備（其中包括失重水槽和離心機）適應月球條件模擬訓練的討論，已經(jīng)就專用模擬器的研制進行研究。

月球表面的定位也是航天員訓練中的一個特殊問題，因為在沒有磁場的環(huán)境中無法進行定位，而無線電通信也只是在視線可達的范圍內才有。

還有一個因素也十分重要，那就是當乘組中的一名乘員受傷或出現(xiàn)減壓病時，需要另一名乘員對他進行治療或急救。為此，需要在地面開展乘組醫(yī)學專家的培訓。培訓的一部分可以在具備醫(yī)療條件的地方開展，航天員在那里可以學習復雜的醫(yī)學程序和設備的使用。培訓的最終目的，要使乘組的醫(yī)學專家能夠獨立開展治療。

與近地軌道飛行相比，星際飛行的自主性和復雜性明顯加大，如何開展航天員的培訓以保障安全可靠地完成航天飛行計劃，這一課題的重要性凸顯出來。經(jīng)訓練的乘組應具備在多種非正常情況下完成自主飛行的能力。

在科學研究的框架下，對可能發(fā)生在星際飛行各階段上的非正常情況已經(jīng)開始了系統(tǒng)性分析，有些非正常情況有可能對航天員產(chǎn)生極端影響。揭示出這樣的情況，可以提前進行技術基礎性研究，進行航天員訓練，提高航天飛行的安全性，及完成飛行目標任務的可靠性。

鑒于可能發(fā)生的非正常情況的多樣性及較高的不確定性，必須要進一步開發(fā)航天員科學訓練方法的基礎性研究，為航天員在非正常情況下開展活動制定新的方法。該方法不僅要幫助航天員勝任未來將執(zhí)行的新任務，還要使他們能夠處理非正常情況發(fā)生時的大量信息。顯然，在不久的將來，開發(fā)新的訓練方法，與這一關鍵問題的解決密切相關。可以預見的是，這一課題的解決與使乘組形成適應不斷變化的環(huán)境的能力緊密相關，這也使得乘組能夠創(chuàng)造性地解決之前從未遇到的任務。

經(jīng)過了50年的發(fā)展歷程，蘇聯(lián)/俄羅斯的航天員選拔訓練系統(tǒng)已形成一個成熟的、行之有效的系統(tǒng)，不僅在國內，還在國際上享有很高的聲譽。在實施俄羅斯及國際航天計劃過程中，該系統(tǒng)可以根據(jù)不同的航天項目進行有效地調整。為了實現(xiàn)未來的深空探索計劃，需要進一步發(fā)展航天員選拔訓練系統(tǒng)。