תכנון ממשקי המשתמש עבור מערכות בקרת חלליות הוא מאמץ מורכב וביקורתי עמוק.בניגוד לאלקטרוניקה לצרכנים, שבו חוויית משתמש ירודה עלולה לגרום לתסכול, פגם ממשק על חללית יכול להוביל לכישלון המשימה או אובדן החיים.ממשקים אלה חייבים להיות אינטואיטיביים, אמין ויעילים כדי להבטיח את בטיחותם והצלחתן של משימות חלליות.

הבנת המשתמש: אסטרונאוטים ובקרת קרקע

מערכות בקרת חלל משרתות שתי קבוצות משתמש עיקריות: אסטרונאוטים על הסיפון ואנשי בקרה מחוץ לקרקע.קבוצות אלה יש קונטקסטים שונים באופן דרמטי, מגבלות ועומסים קוגניטיביים.

(FLT:0) AstronautsFLT:1 לפעול בסביבה תובענית פיזית, בלחץ גבוה מיקרוגרביטטי.הם עשויים להיות לבוש כפפות מסיביות, לחוות שינויים נוזלים המשפיעים על הראייה, וניהול מספר עדיפויות מתחרות. UI חייב להיות אופרות עם סטיות מוגבלת, תנועת עיניים מינימלית, תחת לחץ זמן ומותגים חייב להיות גדול מספיק כדי לפעול עם מגבת, תוך כדי צורך קלושים על ידי צמתים, וקטים זהירים.

(FLT:0Ground ControllersFLT:1) עובד בחדרים יציבים יחסית, מוארים היטב, אבל הם לפקח על חלליות מרובות בו זמנית ומטפלים בזרימי נתונים מאלפי חיישנים.התצוגה שלהם צריכה להדגיש את האנומליות במהירות, דחוסות כמויות עצומות של טלמטריות לתוך מידע מעשי, ולתמוך בקבלת החלטות שיתופית.

עקרונות עיצוב עבור Spacecraft UIs

ממשקי משתמש חלל יעילים בנויים על בסיס עקרונות של גורמים אנושיים מבוססים היטב, המותאם לתחומים הקיצוניים של טיסות חלל.

קלרנס ומידע Hierarchy

יש להציג מידע באופן הממזער את האווירה.הנתונים הביקורתיים - כגון מהירות, גובה, מעמד דלק והודעות אזהרה - צריך להיות בולט וויזואלית מובהק: אדום לסכנה מיידית, צהובה עבור זהירות, ירוק עבור nominal. עם זאת, מעצבים חייבים לקחת בחשבון את ליקויי הראייה בין הצוות.

יציבות וחיזוי

בקרה ותצוגה צריכים לעקוב אחר דפוסים אחידים בכל תת-מערכת החלליות.אותה מחווה, פריסת כפתור או מבנה התפריט המשמש לתמיכה בחיים צריך ליישם על הנעה או ניהול חשמל.זה מקטין את זמן האימון ומונע שגיאות במהלך מעברים בלחץ גבוה.לדוגמה, את ה-FLT:0SpaceX DragonFLT:1 מקטלפט משתמש בפריסת מגע עקבית תלת-מרחבית לכל הפונקציות העיקריות, עם מתגים פיזיים כמו פריסת רגלים קריטיים.

משוב ותגובה מיידית

כל פעולת משתמש חייבת לייצר תגובה ברורה ומיידית.לחיצת כפתור צריכה לגרום לשינוי גלוי, קליק אמין, או משוב מטושטש. בסביבת החלל, שבו רעש ורטטט הם קבועים, משוב רב-ממדי חיוני. לדוגמה, פקודה לדחפורים אש צריך להראות אינדיקטור חזותי, צליל אודיו, ואולי רטט דקוי ביד.

מניעת טעויות ושיקום

ממשקי Spacecraft חייבים להיות נועדו למנוע שגיאות להתרחש מלכתחילה.זה כולל באמצעות דיאלוגים אישורים עבור פקודות בלתי הפיכות (למשל, חיתוך מנוע), שומרים פיזיים על מתגים קריטיים, וחילופים לוגיים המונעים פעולות בלתי צפויות (למשל, שגיאות לעשות, המערכת חייבת לספק פרוצדורות שיקום חד-שלביות, מתקדמות באמצעות מערכת ההפעלה של אפולו באמצעות מערכת ההפעלה "ללא שינוי" (Creditortoto) הידועה למעשה, כדי לבדוק שגיאות צולבות על מנת לבצע פעולות צולבות, לפני ביצוע, לפני ביצוע פעולות צולבות, כלומר, כלומר, לפני ביצוע פעולות אסטרונאוטיות, לפני ביצוע פעולות אסטרונאוטיות, כדי לאמת את הכוונות לביצוע פעולות אסטרונאוטיות, לפני ביצוען.

רדונדנסיה וגרייסנס

כל בקרות קריטיות צריכות להיות אפשרויות גיבוי.אם מסך מגע נכשל, כפתור פיזי או מתג מכני חייב לקחת על עצמו.אם תצוגה ראשונית אבדה, נתונים קריטיים יש לשכפל על מסך אחר או על לוח גיבוי ייעודי.תחנת החלל הבינלאומית (ISS) משתמשת בשילוב של מחשבים ניידים, בקרי יד, מתגים מחווטים קשה כדי להבטיח כי נקודה אחת של כשל לא יכול להיות פעיל הליבה.

תכונות ותבניות ספציפיות

חללית מודרנית UIs לעתים קרובות משלבת בקרה פיזית מסורתית עם ממשקים דיגיטליים.בחירת התערובת הנכונה דורשת ניתוח זהיר של הסביבה התפעולית דרישות המשימה.

אפשרויות ל Hierarchical menu Systems

מערכות תפריט עמוק הן נפוצות בתוכנות חלליות כי הן מבססות פקודות רבות לטביעת מסך קטנה.עם זאת, ניווט היררכי יכול להיות מסוכן בחלל: אסטרונאוטית מתפתלת דרך תפריטים תוך האצה או במצב חירום יכול להחמיץ את המטרה שלהם.

  • (FLT:0)Broad, תפריטים רדודים:FLT:1 לשמור את העומק לשלוש רמות מקסימום. השתמש בכרטיסיה או ניווט מבוסס סמל עבור משימות תכופות.
  • (FLT:0) הדגישו מפתחות קשים: FLT:1hil Map 5 או שישה פונקציות קריטיות ביותר (למשל, כוח, תקשורת, דיכוי אש) ללחצנים פיזיים שעולים על כל מצב התפריט.
  • (ב) ויקרא: ויקרא י"ד): "הנחה את צו הקול לקפוץ ישירות לתפריט ספציפי ללא ניווט ההיררכיה.

מסך מגע לעומת בקרה פיזית

הדיון בין מסכי מגע לבין כפתורים פיזיים נמשך במשך עשרות שנים, מורשת חלליות צבאית ותעופה העדיפו בקרה פיזית בשל תחושת הקקטוס והאמינות שלהם.עם זאת, משימות מודרניות, במיוחד אלה מסחריים כמו Dragon SpaceX Crew, אימצו מסכי מגע גדולים כדי להפחית במשקל, לפשט את העשב, ולאפשר עדכוני מסחר מרכזיים כוללים:

  • (FLT:0) ,TouchscreensFLT:1 מציע גמישות, תצורה מחדש, ואת היכולת להראות מידע דינמי.הם מצוינים עבור משימות ניטור ותצורה לא קריטי.
  • (FLT:0 Physical Controlsof1) מספק אישורים טקטיים חיוביים, ניתן להפעיל ללא חיפוש (פעולה ללא עיניים), והם חזקים יותר בכבדות גבוהה או בסביבות גבוהה של G. הם חובה לפעולות חירום שבו הגינות וודאות הם חובה.

גישה היברידית היא כיום הקונצנזוס בתעשייה: שימוש במסכי מגע עבור פעולות נומינליות ותצוגה נתונים, אבל לשמור על קבוצה של מתגי גיבוי פיזיים ולחצנים עבור פקודות קריטיות.הבואינג סטארי, למשל, משתמש במסכים מגע עבור שליטה ראשונית אבל יש לו "מצב חירום" ייעודי מטפל כי לעקוף את כל התוכנה.

אזהרות ואזהרות

ניהול אזעקה הוא אתגר ידוע לשמצה במערכות בקרת חלליות. מדי אזהרות גורם עייפות אזעקה; מעטים מדי יכולים להחמיץ אירועים מסכני חיים. עיצוב אזעקה יעיל כולל:

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : 1FLT:1 ⁇ אזהרות לתוך חירום, אזהרה וייעוץ. השתמש בטונים אודישנים שונים ודפוסי פלאש חזותיים עבור כל אחד.
  • [ה]התרגשות: [ה] [ה]] [ה]] לא תוכיחו את ההזעקות המשניות כאשר אזעקה עיקרית היא פעילה.
  • (FLT:0) ,Centralized annunciator פאנל:03FLT:1 , כל האזעקות מפורטות במיקום אחד, עם דגימות והליכים המומלצים ביותר.
  • (ב) ⁇ :0) , מדרש (ב) ,ב"ה) , השתמש ברמקולים 3D או רמקולים כיוון כך שהצוות יכול לזהות איזה צד של החללית הוא ערני.

מחקרים: טבלאות שעשו היסטוריה

בחינת חללית בעולם האמיתי UIs מגלה שיעורים שממשיכים להודיע על עיצוב מודרני.

מחשב אפולו (AGC)

מחשב אפולו, המשמש בשנות ה-60 וה-70, היה תצוגה מונוכרום, מתווך מספרי מספריים, אוצר מילים מוגבל של פועלים ו nouns. אסטרונאוטים היה צריך להזכר או הפנה ספר "Checks" של רצפי פיקוד.למרות המראה הפרימיטיבי שלו, ממשק של AGC תוכנן בקפידה כדי להפחית עומס קוגניטיבי: הוא השתמש בדקדוק פשוט, עבור כל פקודות אימון אופטיקה של צוות אדפטימי (IK) היה צורך בקפידה על ידי שימוש בתבנית מהירה של מערכת אימונים (C) כדי לנקות את הנתונים המהיר של אופטיקה (C) ו-D.

SpaceX Crew Dragon Touchscreen

בשנת 2020, SpaceX השיקה את Dragon Crew עם ממשק מבוסס מסך מגע בעיקר.הק הטייסת ה-3-panel זכוכית מציגה מידע מעוקבים מסורתיים.

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) אישור מבוסס-טבע: FLT:1 פעולות קריטיות דורשות מחווה של ניתוק-ל-להגב בדומה ל"מפולת לפתיחה" של ה-iPhone", המונעת זינוק מקרי.
  • (ב) אינטגרציה:0) אינטגרציה ערנית: אינטגרציה: אינטגרציית ההרחבה 1:1 המערכת משתמשת בקול נשי לתערות, אשר מחקרים מראים כי פחות מאיים וסמכותי יותר.

הגישה של SpaceX הוכיחה הצלחה במהלך משימות Team-1 ועוקבות, מה שמדגים כי ממשקי מגע מעוצבים היטב יכולים להיות בטוחים ואינטואיטיביים במסלול.

ISS Columbusמודול Display

מודול קולומבוס של סוכנות החלל האירופית ב- ISS משתמש בשילוב של תוכנות מבוססות מחשב נייד ופאנלים קבועים של בקרה.הממשק משתמש במערכת תפריט היררכי עם כפתור "back" ו"בית" עקבי, בתוספת מתגים פיזיים להפצת חשמל.תכונה בולטת אחת היא השימוש של מערכת תפריט היררכי:0nominal / AbnormalF1LT: ניתן להפעיל תצוגות "מקלט" באופן נורמלי תחת לחץ ספציפי, אשר מסייע למתחים ספציפיים.

עקבו אחרי Design Challenges

מעצבי Spacecraft UI עומדים בפני מגבלות ייחודיות הדורשות פתרונות יצירתיים.

עומס קוגניטיבי במהלך פעילות

במהלך שלבים קריטיים כמו שיגור, עגינה או כניסה, אסטרונאוטים חייבים לעבד מבול מידע תוך ניהול כוחות פיזיים ועיכובים בתקשורת.

  • (FLT:0) תצוגות אינטגרטיביות:FLT:1irשלב נתונים הקשורים אלמנטים חזותיים בודדים.לדוגמה, תצוגה מסלול עשוי במקביל להראות מהירות, גובה, גישה ודלק שנותר בדלפק גרפי יחיד.
  • (FLT:0) סיועים מועדפים: FLT:1show קווי מגמה וחיזוי תוצאות של פעולות נוכחיות.אם כוויות קצרות מדי, המסלול הצפוי יתבדל מההמטרה, מה שיאפשר לפעולה נכונה לפני שהטעות הופכת קריטית.
  • (FLT:0) אוטומציה של טלסק: 1FLT מאפשר להליכים שגרתיים להתבצע על ידי המערכת עם פקודה אחת, שחרור הצוות לפקח על המצב ברמה גבוהה.

חוסר עקביות ותגובה בחלל עמוק

למשימות מעבר למסלול כדור הארץ – כגון מאדים – עיכובים של דקות לעשרות דקות, יש צורך בשליטה בזמן אמת על ידי קרקע בלתי אפשרית.

  • (ב) ,0) מציגות מועדות: FLT:1 הממשק מראה מה החללית מצפה להתרחש, בהתבסס על מצבו הנוכחי ועל תוכניתו.
  • תמיכה בהחלטות של הממשלה:0 (ב-TO) 1E (FLT:103) או מערכות מבוססות חוק מספקים המלצות שהצוות יכול לקבל או להתגבר עליהן.
  • (ב) ⁇ :0) משוב סינכרוני: פיקודי ה-FLT:1 נשלחים לכדור הארץ מכירים באופן מקומי, אך התוצאה מגיעה מאוחר יותר.האו"ם חייב לציין בבירור את המצב המתנשא ואת הזמן עד לאישור.

Redundancy and Failover in UI Components

שום מרכיב אינו חסין מפני כישלון.אדריכלות חזקה של UI כוללת:

  • (FLT:0)Display Redundancy:FLT:1 כל פרמטר קריטי מוצג לפחות שני מסכים.אם מסך אחד נכשל, האחרים מתרחבים באופן אוטומטי כדי להציג את הנתונים החסרים.
  • (ב) ⁇ :0) ,[דרוש מקור]: [ה] [ה], נביחות, ומקלדת צריך להיות מסוגל לבצע את אותם פונקציות שבהן ניתן.בחללית סויוז, מסטיק קטן הנקרא "מרס" מספק גיבוי מכני למחשב הטיסה.
  • (בשיתוף:0) בידוד: איור FLT:1 (רכיבי UI) צריכים להיות על אוטובוסים נפרדים של חשמל כדי למנוע פגיעה חשמלית אחת מנטילת כל תצוגות.

בדיקה ואימות של Spacecraft UIs

תכנון UI הוא רק חצי הקרב; בדיקות קפדניות מבטיחות שהוא עובד בתנאים של עולם אמת.

בדיקות מבוססות סימבול

Spacecraft UIs נבדקים נרחב באמצעות סימולטורים נאמנות גבוהה שמשכפלים את התוכנה המדויקת וחומרה. אסטרונאוטים ובקרי קרקע המנוהלים באמצעות תרחישים נומינליים, כישלונות בלתי צפויים, ותהליכי חירום.התוצאות משמשים כדי לחדד את הממשק. לדוגמה, את ה-FLT:0 NASA Johnson Spacecraft SimulatorFLT:1), יכול לשכפל את הויזואלי, הויזואלי, הרמזים והסימנים של שיגורים של UI, המאפשרים של UI, כולל הערכות, המאפשרות ופעולות של מרכז החלל של UI.

הערכה אנושית-ב-Loop

הערכות אלה מודדות מדדים כגון זמן השלמת משימה, שיעור שגיאות, ועומס עבודה סובייקטיבי (באמצעות מדד עומס המשימה של נאס"א) מעצבים להתבונן איפה משתמשים מהססים, מעקב לאחור או לעשות טעויות. מעקב עין משמש לעתים קרובות כדי להעריך היכן מבטו של המשתמש הולך במהלך אזעקה, אימות כי המידע הקריטי ביותר הוא בדרך הראייה.

עיצוב ועדכונים של

בניגוד למערכות מורשת שהיו "קפואות" שנים לפני ההשקה, ניתן לעדכן חללית מודרנית UIs באמצעות תקנונים תוכנה.זה מאפשר תהליך עיצוב רציונטיבי: בעיות שנמצאו בסימולטורים או אפילו במהלך הטיסה ניתן לתקן בתוכנות הבאות.SpaceX, למשל, עדכן את מסך מגע Dragon Touch UI מספר פעמים בהתבסס על משוב צוות ממשימות.

עיצוב חללי החלל UI

טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות להפוך את ממשקי החלל אפילו אינטואיטיביים יותר ומסוגלים.

מציאות מורחבת ומציאות וירטואלית

מעכבי AR יכולים לייסד נתונים קריטיים על פני מול ⁇ של אסטרונאוטים, המאפשר להם לראות מעמד מערכת מבלי להסתכל על פאנל. VR ניתן להשתמש בו לאימונים ולמבצע מרוחק של רובוטים או חלליות מכדור הארץ. הניסוי "Sidekick" של נאס"א על ISS משתמש ב- Microsoft HoloLens כדי לספק הדרכה מרחוק מומחה ובדיקות על בסיס סביבת העבודה האמיתית.

בינה מלאכותית ושפת טבעית

עוזרי בינה מלאכותית כמו "CIMON" של נאס"א (Crew Interactive MObile compaNion) יכולים להגיב לפקודות קוליות, לענות על שאלות, ואפילו לזהות את המצב הרגשי של חבר צוות. Voice Control מפחית את הצורך קלט ידני במהלך שבילים בחלל או תמרונים גבוהים. עם זאת, AI חייב להיות מחוספס בזהירות כדי למנוע אי-התערבות - "כן" כאשר המערכת מצפה ש"לא יכול להיות משולב קול קטסטרופלי, זה לא יכול להיות פעיל, זה תקשורת רב-ממדית, זה.

אינטגרציה של Haptic Feedback and Body Sensor

חליפות Haptic המספקות משוב טקטי יכול להזהיר אסטרונאוטים למצב המערכת שינויים דרך הרטטים על הזרועות או הטורסו, עקיפה של ערוצי הראייה שניתן לטעון עליהם, למשל, רטט נמוך בגופנית הימנית יכול להצביע על כך שהחללית מתגלגלת ימינה.שלב haptics עם FLT:0body-rnirFLT:1 עבור קצב הלב, חמצן, וניתן להתאים את מצב הרוח של U.

מסקנה

תכנון ממשקי משתמש אינטואיטיביים עבור מערכות בקרת חלל חיוני להצלחה ובטיחות המשימה.על ידי חשיפת עקרונות מפתח - בהירות, עקביות, משוב, מניעת שגיאות, ו אדמוניות - מעצבים יכולים ליצור מערכות שמתמכות באסטרונאוטים וצוותי קרקע ביעילות בסביבה התובענית של החלל.כתובת אתגרים ייחודיים כגון עומס קוגניטיבי, שקיפות, ואמינות חומרה דורשת פתרונות מודעות חדשנית החל ממערכות מגע היברידיות / פיזיקליות כדי להפחית את המציאות המצופה, אך לא פחות ממערכות הפעלה אוטונומיות, אלא גם כן, כמו תמיכה מלאכותית, אלא גם תמיכה מלאכותית, כמו משימות מתקדמות יותר, כמו זו הופכת לממשקים, אך ורק תמיכה מלאכותית, כמו זו, כמו זו, כמו זו, כמו משימות מתקדמות יותר, כמו הפעלתית, אך ורק תמיכה מלאכותית, היא יעילה יותר, היא יעילה יותר, אך ורק תמיכה מתקדמת יותר, או יותר, כמו זו, תמיכה מלאכותית, כמו הפעלתית, יעילה יותר, יעילה יותר, יעילה יותר, כמו הפעלתית, כמו הפעלתית, יעילה יותר, יעילה יותר, תמיכה מלאכותית, יעילה יותר, כמו הפעלתית, יעילה יותר, יעילה יותר, כמו הפעלתית, אך ורק תמיכה בטוחה יותר, יעילה יותר, כמו משימות מתקדמות יותר, כמו משימות מתקדמות יותר, כמו הפעלתית, תמיכה מלאכותית, תמיכה מלאכותית, אך ורק עוזרות