六名宇航员是神奇数字：新研究揭示NASA月球基地的最佳乘员规模
主打图片： NASA绘制的月球南极附近未来月球基地概念图。图片来源：NASA
随着NASA在新更名的”月球基地计划”下正式推进月球南极附近永久基地的规划，一个基本问题在很大程度上仍未被问及：应该有多少名宇航员在那里生活？5月27日发表在《PLOS ONE》上的一项新研究首次提供了严谨的答案，其发现挑战了关于深空任务乘员选拔的一些传统观念。
基于对数千次模拟月球任务的智能体建模，答案是：六名宇航员是最佳乘员规模。四名是最低限度，也是最坏的情况。
“人可以接受非常非常好的训练，但对于长期或深空任务来说，总会涉及人为因素，”乔治梅森大学副教授、该研究的首席研究员安娜玛丽亚·贝雷亚表示。
这项题为”月球基地智能体建模：模拟载人航天任务的基准”的研究由乔治梅森大学资助，使用了一个名为Agent_Astronaut的开源Python框架，模拟不同规模和构成的乘员组在各种任务场景下的表现。该模型在九个不同的案例中运行了10,000次蒙特卡洛迭代，变化乘员规模、补给频率、任务持续时间和环境危害。
为什么仅靠培训是不够的
该研究的核心发现是，强调心理社会培训和乘员兼容性筛查的传统方法对于长期月球任务是不够的。研究人员发现，任务设计参数比个体乘员特征更能决定任务的成功。
Agent_Astronaut模型整合了每名宇航员在四个领域（舱外活动、科学、工程、飞行操作）的技能水平、使用DISC框架（支配型、影响型、稳健型、尽责型）的人格类型、情绪应对能力和人际关系紧张程度。关键方程将技能、情绪状态和技术学习因素结合起来，确定每项任务是否完成。
在四名宇航员的基准标称任务案例中，模型发现乘员组仅完成了约20%的计划任务：研究称这一数字”对于典型制造过程来说是可以接受的”，但对于高风险月球前哨站来说显然不足。低完成率表明，即使是训练有素的团队也”在克服心理压力源和环境干扰方面面临挑战”。
各场景揭示的内容
最显著的改善来自增加乘员规模。从四名增加到十名宇航员使合成任务负荷指数得分提高了31%，这是所有测试变量中影响最大的一个。较大的乘员组提供了更好的技能专业化、更高的人格兼容配对概率，以及分担维护负担——这反映了来自国际空间站的实际经验。
乘员规模与后勤成本之间的最佳平衡点定在六人。低于这个数字，小型紧密团队的心理学和运营代价变得严峻。高于这个数字，边际效益递减，而补给需求和居住舱质量增加。
其他发现：
- 每两周补给一次是理想的；每月补给一次会显著降低性能
- 六个月的任务会导致应对能力随时间推移下降27%，即使合成TLX得分保持稳定
- 基地与月球门户之间的双周乘员轮换可将紧张程度降低10%
- 任务最后三分之一阶段有乘员死亡会导致剩余团队绩效显著下降
“团队大于其成员的总和，”贝雷亚说。”我们不仅需要关注宇航员，还要关注整个团队，而且每个团队和每次太空任务都是独特的。”
基于南极类比数据构建
该模型的心理参数是根据EDEN ISS南极温室任务数据和历史南极探险记录进行校准的，这些数据提供了与月球基地的隔离、封闭和环境压力最接近的地球类比。模型中的紧张程度与1993/1994年南极探险数据高度吻合，为预测提供了可信度。
该模型目前尚未明确包含辐射暴露和微重力骨丢失等生理效应，也未模拟会影响月球以深远空任务的通信延迟。作者承认这些局限性，并将该研究定位为一个基准：随着NASA月球基地计划的逐步成型，这是日益复杂的模拟的起点。
代码是开源的，可在GitHub上获取（github.com/rvera-gmu/Lunar-Base-ABM），允许其他研究人员用额外的变量和任务场景扩展该模型。
为什么现在这很重要
NASA的月球基地计划设想分三个阶段建设：第一阶段（25次发射和21次着陆，约4,000公斤的有效载荷交付），第二阶段（27次发射，60,000公斤，半年度载人任务），第三阶段（29次发射，150,000公斤，持续人员驻留）。整个计划从2026年持续到至少2036年，涵盖81次计划任务。
乘员规模问题并非学术问题。每增加一名宇航员，生命维持消耗品、居住舱容积和应急物资的质量就会成倍增加。六人的最佳乘员组而非四人的最低限度，代表着任务成本显著但可控的增加——而且，根据该模型，这大大提高了基地按预期运行的可能性。
“最坏的情况是四名宇航员同时待在月球上，地球与月球之间仅有一个月的补给窗口，以及中度到高度的不利环境概率，”研究指出。研究人员认为，良好的任务设计可以防止这种最坏情况成为常态。
本文由1ban.news——太空编辑部翻译自英文