航天员重力训练神器：揭秘洞穴的模拟训练价值
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图说：洞穴主营地（来源：中国航天员科研训练中心）
当人们提到航天员训练时，通常会想到的是离心机、失重飞机、水下训练。然而，就在前不久，一种意想不到的训练环境——洞穴，进入了公众的视野。中国航天员科研训练中心发布消息，由该中心牵头组织实施的我国首次航天员洞穴训练于2025年12月底在重庆市武隆区圆满收官，共有28名航天员分为4批，在一个平均温度只有8摄氏度、湿度高达99%的天然洞穴中完成了6天5夜的驻留训练。
天然洞穴堪比太空
所谓洞穴训练，是指利用天然洞穴环境模拟太空极端条件，开展特殊训练课目。这种训练旨在通过洞穴中独特的物理环境和由此产生的心理挑战，提升航天员的综合能力。
洞穴环境与太空环境之间存在诸多相似之处。第一，空间隔离。在太空执行任务时非常依赖无线电通信与地面保持联络沟通，但通信往往受到天体相对位置、时间、地形等限制而出现延迟、阻断、干扰等情况，尤其是未来的深空任务中通信中断的情况会更为显著。一旦出现通信延迟甚至中断，航天员必须进行自主决策应对可能出现的意外情况。自然洞穴地处偏远，与世隔绝，环境复杂，通信受限，这种隔离性特征与太空有几分相似。
第二，环境幽闭。受到运载能力和成本等因素的限制，航天器内部空间十分有限，属于幽闭环境。尤其在执行出舱活动时，身着舱外航天服在四周漆黑寂静的太空中连续工作 8 个多小时，这对航天员生理上、心理上是极大的挑战。天然洞穴本身比较封闭，空间狭窄，活动范围受限，某些支系洞穴甚至勉强只够一人通过，很好地模拟了太空中的幽闭环境，可以增强航天员的适应能力。
第三，资源有限。与太空一样，天然洞穴中缺乏生活物资，物资必须提前储备、按时送达、合理分配，一套完整的资源管理体系对太空任务至关重要。
第四，感知剥夺。天然洞穴往往非常深邃，黑暗而寂静，缺乏阳光等视觉参考，生活在其中有可能丢失对昼夜节律的感知，破坏本已熟悉的生活规律，这对人体生理规律和心理耐受能力都是考验。
第五，未知风险。天然洞穴保持着原生态，地形、构造、空气、水流情况既复杂又陌生，伴随着许多未知风险。虽然这些风险事件与太空环境中潜在的风险并不完全相同，但是在洞穴中开展的训练可以帮助航天员提升危险应对能力。面对未知环境，航天员将开展环境监测、洞穴测绘等作业，而这恰恰又与未来载人登月或火星探测任务中的地质勘查工作极为相似。
洞穴训练是野外生存训练的升级版，堪称航天员训练场的“天花板”，在这种极端环境中，航天员的危险应对能力、自主工作能力、团队协作能力、应急决策能力、科学考察能力、身体耐受能力和极端环境心理韧性等将得到全面的锻炼与考核。
航天员在洞穴中进行物品传递协作训练（来源：中国航天员科研训练中心）
起步不晚起点不低
目前国际上公认的最成熟的航天员洞穴训练是欧洲空间局（ESA）的CAVES 项目。CAVES是一个缩写，正好凑成了“洞穴”的英文单词，其全称为“Cooperative Adventure for Valuing and Exercising human behaviour and performance Skills”，直译过来是“旨在评估和锻炼人类行为与绩效技能的协作探险”。这个名字清晰地揭示了其核心目标：训练航天员的团队协作、行为表现和心理技能。洞穴训练的系统性研究始于2005年，经多方论证后2011年正式实施，至2025年共举办七届。一次完整的洞穴训练通常为期三周，由地面学习与准备阶段、洞穴任务执行阶段和返回与总结阶段构成。CAVES是一个面向全球的国际合作项目，来自欧洲、美国、俄罗斯、日本、加拿大、中国及阿联酋等7个航天机构的 38 名航天员参加过训练。2016年，中国航天员叶光富曾与来自美国、日本、俄罗斯的航天员一同，在意大利撒丁岛的洞穴中完成了6天6夜的训练。而不到10年后，中国开启了国内首次洞穴训练，叶光富担任了训练指挥之一。
洞穴训练是一个以真实科学考察为核心、聚焦于团队行为与技能的高仿真训练系统，对提升航天员在极端环境下的综合能力，有效增强航天员心理韧性有着重要作用，尤其是面向未来长期在轨飞行和执行载人登月任务有着深远意义。因此，也就在欧空局开展CAVES项目后不久，中国航天员科研训练中心便决心攻关突破。2016年起，一支数十人的团队走南闯北，开始了“寻洞”历程，足迹遍至广西、贵州、湖南、重庆等7个省市，累计行程超过2万公里，多次冒着生命危险钻进人迹罕至的原始洞穴，只为求得一处理想的训练场所。直到2024年，终于确定了重庆武隆区一处地质稳定、氡浓度安全、环境与太空契合的洞穴。从此中国航天员训练系统中又多了一颗闪亮的明珠。
中国的洞穴训练在向欧洲充分学习的基础上，在具体理念和执行上有自己的特色和创新，已形成了自己独特的体系。例如，我国的洞穴训练与载人登月任务需求结合更紧密，将月球地质科考能力培养、前沿科学实验充分融入其中，构建起“训研一体”的新模式。再如，减少洞内保障团队对参训队员工作的干预，让他们更加贴近实战，更多地发挥自主性，从而进一步激发团队与个人的潜能；但同时，采用先进的音视频通信技术以及无线通信技术，实时监测洞内人员的活动情况，提升安全保障水平。
训练体系创新升级
洞穴训练虽然引人瞩目，但它只是航天员庞大训练体系中的一个环节。完整的航天员训练涵盖了八大类别，包括：基础理论训练、体质训练、航天环境适应性训练、专业技术训练、飞行程序与任务模拟训练、心理训练、救生与生存训练和大型联合演练。
基础理论训练的目的是使航天员了解载人航天的专业基础知识和相关领域的科学知识，开设有《载人航天工程基础》、《航天医学基础》等十余门专业课程。体质训练则贯穿航天员整个职业生涯，让航天员时刻保持合格的体能素质和健康水平。航天环境适应性训练是最具特色和最具针对性的类别，主要是帮助航天员适应超重和失重环境，往往需要借助离心机、失重飞机、中性浮力水槽等特殊设备模拟特定环境。专业技术训练是航天员职业训练的主要内容，包括专业基础理论和专业技术操作等，全面系统地了解载人航天工程总体概况，熟练掌握载人航天飞行的专业知识和相关仪器设备的操作技能。飞行程序与任务模拟训练主要通过学习飞行文件、操作飞行程序模拟器等，进一步熟悉和掌握载人飞行任务和飞行程序，以及各种应急与故障处置程序。心理训练包括心理咨询、心理表象训练、放松训练及心理相容性训练等，目的是使航天员进一步提高自我认知和自我调节能力，打造过硬的心理素质，塑造完善的人格。 救生与生存训练目的是提高航天员发射前和返回后的自我救生与生存能力，常见的训练包括直升机吊救、野外生存、紧急撤离、着陆出舱等训练。大型联合演练则是多系统的联合演练，涉及到人、船、箭、地（发射场和着陆场）等方方面面的联调联测，这也是执行载人飞行任务前的必经程序，也是对航天员训练成果的综合检验。
值得注意的是，随着载人航天工程不同阶段任务需求的变化，航天员训练体系和训练科目也在不断迭代和创新，像这次洞穴训练还无缝衔接了丛林训练，正是训练体系与时俱进、动态优化的真实写照。此外，虚拟现实（VR）、混合现实（MR）和人工智能（AI）等新技术的应用，也在迅速改变着传统的训练方式。例如出舱活动在轨混合现实训练设备、视动矛盾跑台训练技术等，都是中国航天员科研训练中心最新研发或正在研发的创新训练方法。通过这些虚实叠加的模拟场景，能更直观、更全面、更高效地帮助航天员进行复杂设备操作训练，提高训练效率。
（作者系上海天文馆副研究馆员 施韡）
参考资料：
[1] 我国首次，圆满完成！航天员为什么要进行洞穴训练（科技日报）
[2] 提升危险应对能力，锤炼心理抗压素质，我国首次航天员洞穴训练圆满完成（环球日报）
[3] 我国首次航天员洞穴训练背后的故事（解放军报）
[4] 航天员训练项目有哪些？（国家航天局）
[5] ESA's CAVES Training Course: From 'Cavewalking' To Spacewalking（SpaceNews）
原标题：《科技前沿 | 洞穴竟是航天员训练“天花板”级的存在》
栏目编辑：马丹 文字编辑：马亚宁
来源：作者：施韡
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