Си-Эн-Эн
Астронавты годами приспосабливаются к проблемам сна в космосе, и уроки, извлеченные из их сна в невесомости, гарантируют, что однажды первые миссии с экипажем на Марс получат достаточно отдыха перед исследованием красной планеты.
Сменяющиеся экипажи проводят в среднем шесть месяцев, живя и работая на борту Международной космической станции в течение почти 23 лет, и они борются с проблемами сна, как и люди на Земле. Некоторые из проблем похожи на проблемы сменных рабочих или людей с нестандартным графиком, но другие более уникальны для космической среды.
Например, большинству людей не нужно беспокоиться о том, что они улетят со своих кроватей из-за невесомости. Не беспокойтесь — астронавты используют специальные средства защиты, чтобы они не плыли по космической станции во время сна.
Две из самых больших проблем для космонавтов включают их среду сна и установление естественного цикла сна.
Сон в космосе
У астронавтов есть темные, тихие и уединенные каюты экипажа на космической станции, способствующие хорошему сну, но это не всегда будет иметь место в других космических миссиях, сказал доктор Эрин Флинн-Эванс, директор Лаборатории противодействия усталости в Исследовательском центре Эймса НАСА. Центр в Маунтин-Вью, Калифорния.
Как и их исторические предшественники «Аполлон», капсулы «Орион», которые будут использоваться во время будущих миссий «Артемиды» на Луну, представляют собой небольшие транспортные средства с ограниченным пространством для экипажа и спальными мешками для отдыха.
«Я думаю об этом как о кемпинге», — сказал Флинн-Эванс. — Если на пару дней, то, наверное, ничего страшного. Но чем дольше вы находитесь в непосредственной близости с кем-то, тем более разрушительным это может быть».
В то время как космическая станция открывает невероятные виды на Землю, 16 восходов солнца, которые астронавт видит в день, могут нанести ущерб циркадному ритму, естественным часам сна и бодрствования организма.
На Земле нарушения циркадного ритма происходят у людей, которые работают в ночную смену или испытывают смену часовых поясов во время путешествий в разные часовые пояса.
«Свет — это то, что сбрасывает наш циркадный ритм и поддерживает нас в соответствии с этим циклом дня и ночи, но в космосе у нас есть несколько проблем», — сказал Флинн-Эванс.
Космическая станция совершает оборот вокруг Земли каждые 90 минут, создавая чередующиеся циклы темноты и света. Вместо того, чтобы заставлять астронавтов приспосабливаться к такому странному циклу, специалисты НАСА добавили освещение внутри космической станции, которое имитирует то, что люди испытывают в течение обычного дня на Земле.
«Мы должны попытаться блокировать свет из окон в ночное время, — сказала она, — и мы должны действительно попытаться максимизировать свет либо через окна, либо с помощью внутреннего освещения, чтобы убедиться, что команда получает этот синхронизирующий стимул, чтобы они могли бодрствовать и спать в нужное время».
Джетлаг начинается еще до того, как астронавты прибывают на космическую станцию, и их графики сна сдвигаются на несколько дней до старта в зависимости от времени суток и часового пояса, из которого они будут запускаться. Как только они достигают космической станции, каждый астронавт переводится на среднее время по Гринвичу, «хорошую золотую середину между всеми участвующими странами», — сказал Флинн-Эванс.
В Лаборатории борьбы с усталостью Флинн-Эванс и ее коллеги разрабатывают инструменты, помогающие астронавтам преодолевать проблемы со сном. Некоторые из стратегий включают в себя управление тем, когда астронавты подвергаются воздействию синего света, основной синхронизирующей длиной волны для циркадной системы и когда уменьшать синий свет, чтобы помочь им уснуть.
У астронавтов строго регламентированный график, но прибытие миссий по пополнению запасов или новых экипажей иногда прерывает его. Флинн-Эванс и другие исследователи разрабатывают подходы к безопасному смещению сна для астронавтов, например, определяют, когда вздремнуть или ложиться спать позже, чтобы приспособиться к изменениям в расписании.
Те же советы, которые помогают космонавтам спать, применимы и на Земле, в том числе следование регулярному графику с пробуждением и засыпанием в одно и то же время, насколько это возможно, и ограничение воздействия синего света перед сном, который излучают светодиодные телевизоры, смартфоны, компьютеры и планшеты.
«Фальшивые космические миссии»
Хотя у ученых есть данные о сне за годы космических полетов, проведение смоделированных миссий на Земле позволяет лучше контролировать ситуацию.
«Мы все время совершаем фальшивые космические миссии, — сказал Флинн-Эванс. «У нас есть то, что мы называем аналоговой космической средой в Космическом центре Джонсона, называемое Human Exploration Research Analog или HERA, и это, по сути, небольшая среда обитания».
Среда обитания имитирует размер лунной базы или небольшого космического корабля и может вместить экипаж из четырех человек в течение длительного периода времени. Флинн-Эванс участвовал в исследовании, в ходе которого экипажи провели 45 дней в среде обитания и были ограничены пятью часами сна в будние дни и восемью часами в выходные дни. Участников проверяли на бдительность и работоспособность.
Результаты эксперимента показали, что если члены экипажа спали всего пять часов за одну ночь, им нужно было больше возможностей выспаться в последующие ночи, чтобы предотвратить пагубные последствия недосыпания. По данным НАСА, текущее требование состоит в том, чтобы члены экипажа спали 8,5 часов в сутки во время миссий, чтобы избежать длительной потери сна, ошибок, вызванных усталостью, и осложнений со здоровьем.
В июне НАСА начнет первый эксперимент в новой напечатанной на 3D-принтере марсианской среде обитания в Космическом центре Джонсона под названием Crew Health and Performance Exploration Analog или CHAPEA.
В течение одного года экипаж из четырех человек будет жить и работать в помещении площадью 158 квадратных метров, чтобы имитировать жизнь на Марсе. Основное внимание в первом эксперименте уделяется питанию, но Флинн-Эванс и ее коллеги-исследователи также будут следить за тем, насколько хорошо спит экипаж.
Среды обитания, такие как HERA и CHAPEA, позволяют ученым моделировать сюрпризы, которые могут случиться во время реальной миссии на Луну или Марс, такие как ограниченные ресурсы, неисправное оборудование, проблемы со связью и другие факторы стресса в небольших средах обитания.
Подготовка к Марсу
Неожиданно богатым источником данных о сне оказалось изучение земных ученых и инженеров, которые работают над марсианскими миссиями, такими как марсоход Perseverance.
День на Марсе длится примерно на 39 минут дольше, чем на Земле, но этого достаточно, чтобы члены управления марсианскими полетами постоянно корректировали свои графики, чтобы не отставать от расписания Perseverance.
«Если вы двигаетесь 39 минут в день, это означает, что вы ложитесь спать на 39 минут позже каждый день», — сказал Флинн-Эванс. «Это не кажется таким уж плохим для одной ночи. Но через пять дней ты как будто пересек шесть часовых поясов. Это настоящий стресс для организма».
До сих пор существует много неизвестного о «марсианском времени», например, как сдвиг во времени влияет на метаболизм человеческого тела.
Понимание того, как люди на Земле приспосабливаются к жизни на Марсе, является одним из способов подготовки к будущим миссиям на красную планету. Флинн-Эванс и ее команда тесно сотрудничают с теми, кто планирует лунные миссии «Артемида», чтобы оптимизировать графики астронавтов и обеспечить достаточное освещение и приглушить шум внутри Ориона, когда им нужно спать.
Исследователи также хотят изучить, сколько кофеина требуется астронавтам для бодрствования, чтобы гарантировать, что у экипажей не закончится кофе в космическом корабле с ограниченным хранилищем.
«Сон тесно связан с производительностью, бдительностью, межличностным общением и отношениями, — сказал Флинн-Эванс, — поэтому мы хотим убедиться, что экипажи настроены на успех и получают необходимый им сон».
