探索新视界：增强现实技术在航天航空领域的变革性影响

增强现实技术（Augmented Reality，简称 AR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界嵌套在现实世界并进行互动。

增强现实技术集成了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段，具备真实世界与虚拟世界信息集成、实时交互性和在三维尺度空间中增添定位虚拟物体三个突出特点。增强现实技术提供了在一般情况下人类无法感知的信息融合。

增强现实技术在航空领域的应用影响着航天员训练与模拟和设计与研发等方面。

增强现实技术对特种人员训练与模拟的影响

增强现实技术在航天员训练中的应用，能够提供更加真实和沉浸式的体验。通过增强现实技术，航天员可以侵入式的模拟太空环境进行训练，提高对太空任务的适应性和应对紧急情况的能力。

2024年8月，英国空军宣布将使用增强现实技术来帮助增加一线战斗机飞行员的数量。并于今年10月在一架“鹰”T.Mark 2飞机上进行先进战术增强现实系统（ATARS）的飞行演示。

ATARS系统可以让飞行员识别、行动并击败虚拟对手，这些对手的行为和反应程序与飞行员在敌对战斗中的行为和反应程序相同，并能在空中与合成支援飞机合作。这就意味着，在英国上空飞行的“鹰”式战斗机飞行员可以透过驾驶舱看到另一架并肩飞行的虚拟飞机，同时也可于不同地形和天气条件下、在虚拟争夺空域中设置虚拟敌方战斗机。这种合成训练不仅能减少对实战资产的需求，还能提高燃料使用效率，使受训人员每飞行小时获得更多训练机会。

增强现实技术对设计与研发的影响

上世纪90年代初，美国波音公司便将增强现实技术引入到飞机制造中，用于电力线缆连接和接线器装配。据公开资料显示，传统方式设计飞机需要建造两个实体模型，每个约60万美金，采用增强现实技术之后，可以显著地节省研究经费、缩短研制时间，且能够保证对接的一次成功。波音公司已将增强现实技术成功地应用于777和787飞机的设计上，辅助完成了对飞机外型、结构、性能的设计，所得到的方案与实际飞机的偏差小于1‰英寸、设计错误修改量减少90%、研发周期缩短50%和综合成本降低60%。

在航天领域，增强现实技术的应用也带来了诸多变革性影响，特别是在设备维护与检修、发射与测试等方面。

增强现实技术对设备维护与检修的影响

以我国空间站在轨运行与维护为例，空间站内外部存在大量仪器设备与科学载荷，若发生故障需迅速处理。为此，我国科研人员开发了一套基于增强现实技术的智能诱导维修系统。航天员通过佩戴一副特质眼镜，可以实时接收语音、文字、视频等操作指令，使繁杂的维修工作变得更加高效便捷。

图1 智能诱导维修系统

据介绍，这套基于增强现实技术的智能诱导维修系统真正实现了实时准确地将所需要的数字化维修诱导信息叠加到实物对象上，使得航天员能够获取视觉、听觉等方式的维修提示，提高了航天员在轨维修作业效率，为空间站在轨维修维护、装调、实验操作等任务提供了可靠的技术保障。

增强现实技术对发射与测试的影响

通过增强现实技术，工程师可以在发射前对航天器进行虚拟检查，确保所有部件和系统均符合发射要求。在测试过程中，增强现实技术可以提供实时的数据监测和分析，帮助工程师及时发现和解决问题，确保发射任务的顺利进行。

图2 在中国酒泉卫星发射中心的神舟十六号任务中，中央广播电视总台利用该技术通过设置增强现实报道来介绍载人航天发射任务的相关情况

无独有偶，在中国文昌航天发射场发射升空探月工程四期鹊桥二号中继星任务中，中央广播电视总台利用该技术来介绍鹊桥二号中继星的发射过程。并通过该技术，让公众了解到鹊桥二号中继星究竟长什么样（如图3）？

图3鹊桥二号中继星[4]

综上所述，增强现实技术凭借其独特的技术优势，正在航天航空领域引发一场深刻的变革。从提升航天员的训练质量到优化设备的维护流程，从加速产品设计与研发到增强发射前后的测试与监控，增强现实技术的应用不仅显著提高了工作效率与安全性，还大幅降低了成本。随着技术的不断进步和完善，增强现实技术在未来有望在更多航天航空任务中发挥关键作用，助力人类更深入地探索宇宙奥秘。

部分信息来源于科普中国、澎湃新闻、央视网、新华网等

（科学性审核：孔旭，中国科学技术大学教授，天文与空间科学学院副院长）