“中间的交互双胞胎”：一种用于深空任务中建模团队交互和动态的分布式数字孪生架构

NASA的“从月球到火星”行动强调，由于与地球的通信延迟超过5分钟，机组人员和栖息地系统需要具备更高的自主操作能力。数字孪生框架已成为监控、诊断、预测和优化空间系统的有前景的解决方案，但先前的航天应用主要集中于系统自主性，而非机组人员自主性。因此，当前方法未能充分体现任务控制所需的交互动态，以持续演进程序并完成任务目标。本研究引入了交互数字孪生（Interaction Digital Twin，IDT）框架，该框架模拟人类与系统之间的交互，而非仅关注单个实体。基于具备双向信息流的分布式数字孪生架构，该框架整合了三种互补的孪生：栖息地系统的数字孪生、单个机组成员的人类数字孪生（Human Digital Twins，HDTs）以及捕捉团队凝聚力、信任校准、协调和自适应自主性等涌现现象的交互数字孪生。交互孪生将部分指挥控制功能移至船载，即使在通信延迟期间，也赋予机组人员类似任务控制的能力。我们将该框架应用于Artemis第二阶段任务场景，展示了交互级孪生如何扩展系统级建模，支持认知负荷管理、信息共享与人机自治团队合作。通过将交互提升为数字孪生架构中的首要、具推理能力的元素，该框架弥合了技术系统模型与自给自足深空探索所必需的人类团队构建之间的差距。