航天人因工程秉承为航天员使用而设计的理念，分析研究航天特因环境下航天员生理、心理等能力特性及其变化规律，系统研究解决航天员、航天器、航天环境之间的关系问题，确保航天员在轨安全、舒适、高效工作，实现任务全周期范围内系统优化整合、性能最优（图1）。

图1 航天人因工程研究

载人航天任务中航天员乘组、航天器及空间环境构成人-机-环系统，涉及航天器、测控通信、发射回收等多个方面。由于航天员的参与使得该系统变得更为复杂，对人的安全性和操作的可靠性要求更高，是一个复杂系统工程。

俄罗斯（苏联）在载人航天初期就专门成立生物医学问题研究所牵头开展空间飞行极端环境对生物体的影响及机理研究和航天工效研究，在“和平”号空间站期间通过大量在轨实（试）验深化了对长期飞行人的因素的研究和认识。美国在初期的“水星”号计划、空间实验室、“阿波罗”登月等任务中，重点分析解决人在太空中能否生存和工作的问题。美国国家航空航天局（NASA）于1987年建立跨平台的人-系统整合标准NASA-STD-3000。1991年为“国际”空间站（ISS）任务制订了航天人因工程发展计划（SHFE）。2005年推出人的研究计划（HRP），深入研究未来深空探测、登火星任务中的人因工程问题，引领国际航天人因工程领域的发展，也对其载人航天任务成功和发展起到巨大推动作用。欧洲航天局制定载人太空探索战略THESEUS研究计划，建立14个专家小组，围绕综合系统生理学、心理学、人机系统、空间辐射、居住地管理和医疗保健5个主要领域开展工作。

中国在1968年航天医学工程研究所成立之初就开展了航天工效研究，并于1981年创立人-机-环境系统工程理论，1992年中国载人航天工程启动时设立了航天员系统并下设工效学评价分系统，主要从事载人航天器工效学要求与评价技术研究和工程实践。在空间实验室、空间站等任务推动下，航天人因工程与工效学在研究内容、方法和工程应用上逐步走向成熟，形成了包括载人飞船、货运飞船、空间站舱内、舱外及舱外航天服等一系列工效学设计要求和评价标准，对于保障历次载人航天任务发挥了重要作用。

图2 航天功效学研究体系

空间飞行中，人的作业能力受多种因素影响，失重会导致人骨丢失、肌萎缩、眼压和颅压改变、前庭功能等生理系统变化，引起人的操作运动、视觉感知以及空间定向等能力改变。长期狭小空间和单调的社会关系会对航天员情绪、动机等产生影响，长期昼夜节律变化会导致睡眠紊乱、缺失甚至失眠等，由此引发人员脑力疲劳、情绪下降等，严重影响航天员作业能力发挥；同时舱载设备增多，信息流更为复杂，航天器人-系统整合设计及适居性的优劣也会影响航天员完成任务的绩效。这些都是人因工程需要研究解决的重点问题。航天人因工程主要包括4个研究方向：①航天员能力特性研究是人因工程研究的基础和核心，为系统设计与评估提供基线，内容覆盖人体参数和生物力学、认知和决策能力以及心理因素等。②航天人机界面与航天人机交互技术研究为航天器人机交互效能的提升提供重要的理论和方法。显示和控制界面主要面向人与设备、人与计算机交互，新型人机交互主要解决当前手势、眼动、脑机等先进交互技术中人因关键问题，人智能系统协同主要解决人与智能机器人团队协同中的人因问题。③航天人误与航天人因可靠性主要解决载人航天器及航天任务中人-系统可靠性分析、评估、预测分析，人误的机理分析以及预防技术等。④人-系统整合设计与评估是从系统层面研究建立人机功能分配、作业任务设计以及系统效能评估相关的理论、方法、流程和技术。

航天人因工程面临的主要问题是如何建立更加完善的技术和管理体系，将航天人因工程的研究方法和成果有效应用到载人航天工程全周期的研制中，不断提升工程系统的安全性和航天适人性。对于载人登月、登火星等载人深空探测的长期空间飞行任务，人类面临巨大的挑战，航天人因工程需要在航天任务的实施中提供更为先进的人机交互方式和人-智能机器人联合探测模式。