Zou de sleutel tot leven in de ruimte kunnen zijn... een goed verlichtingssysteem?

Tussen de hoeveelheid tijd die de meesten van ons besteden aan het kijken naar schermen, de noodzaak om zoveel in een dag te stoppen, en de ontwerp van de meeste huizen met helder kunstlicht, is het geen gemakkelijke taak om in een gezonde slaap te komen routine. Maar als je denkt dat het moeilijk is om dat op aarde te doen, stel je dan eens voor hoeveel moeilijker het is om een ​​goede nachtrust te krijgen in de ruimte.

De astronauten op het International Space Station (ISS) hebben te maken met een routine die volledig is losgekoppeld van het opkomen en ondergaan van de zon, en omgaan met unieke milieu-uitdagingen zoals lage zwaartekracht en streng beperking. Onderzoeken tonen aan dat astronauten moeite hebben om voldoende slaap van goede kwaliteit te krijgen, wat kan leiden tot zowel gezondheidsproblemen als verminderde efficiëntie in hun werk.

Het meeste werk dat wordt gedaan om de gezondheid van astronauten te bevorderen, is gericht op fysieke activiteiten zoals lichaamsbeweging om te voorkomen spierverspilling of planningsbeperkingen, zoals ervoor zorgen dat ze vrij hebben van hun drukke werklast ontspannen. Lange tijd werd de omgeving waarin de astronauten leefden en werkten ontworpen vanuit puur pragmatische overwegingen, met weinig ruimte voor esthetiek. Maar nu beginnen we na te denken over hoe design astronauten kan helpen om gelukkiger en gezonder te zijn.

Het zou onbetaalbaar zijn om de ruimtes van het ISS uit te breiden of radicaal te veranderen, maar een idee om astronauten te helpen beter uit te rusten en beter te werken is ogenschijnlijk eenvoudig: verander gewoon de verlichting. Dat is het doel van een experiment van een groep Deense architecten die een nieuw verlichtingssysteem naar het ISS sturen om te testen, in de hoop dat het de slaap en het humeur van astronauten kan verbeteren. We spraken met hoofdarchitect Sebastian Aristotelis van SAGA voor meer informatie.

De rol van de omgeving

Het circadiane ritme van het menselijk lichaam wordt in de eerste plaats bepaald door de hoeveelheid licht waaraan we worden blootgesteld, aangezien ons lichaam de aanwezigheid van fel licht beschouwt als een signaal om wakker te worden en de afwezigheid ervan als een teken om te gaan slapen. Daarom houden organisaties van de CDC adviseer mensen om niet naar bronnen van helder blauw licht zoals telefoonschermen te kijken voordat ze naar bed gaan en om ervoor te zorgen dat ze kort na het ontwaken wat licht krijgen om ons te helpen de dag te beginnen.

Dit helpt om interne biologische ritmes in te stellen die belangrijk zijn voor alles, van hormoonproductie tot hersenactiviteit. Maar de aanwezigheid van kunstlicht zet dit systeem op zijn kop en verandert circadiane ritmes en bijdragen aan slaapproblemen.

Dit is een nog erger probleem voor astronauten, die al te maken hebben met slaapproblemen en hebben gemeld dat ze zo weinig slapen vijf of zes uur per nacht, veel minder dan de aanbevolen acht tot tien uur voor volwassenen. Het huidige verlichtingssysteem op het ruimtestation maakt enkele aanpassingen door de astronauten mogelijk op basis van hun behoeften, maar het is erg veel meer een functioneel systeem dat is ontworpen om voldoende licht te bieden om te werken in plaats van ontworpen te zijn om een ​​gezonde slaap te bevorderen patronen.

Het Deense ontwerpbureau SAGA heeft gewerkt aan het combineren van hun kennis van mensgericht ontwerpen met ervaring in ontwerp voor ruimtemissies om een ​​verlichtingssysteem te creëren genaamd Circadian Light, dat deze zomer naar het ISS zal worden gestuurd getest door de Deense astronaut Andreas Mogensen wanneer hij daar aankomt voor een missie van zes maanden later in de jaar.

Het probleem van eentonigheid

De principes van het ontwerpen van verlichting rond circadiane ritmes zijn goed begrepen: veel helder licht inclusief blauwe golflengten in de ochtend en gedimde verlichting zonder blauwe golflengten in de avond. De ontwerpers lieten zich rechtstreeks door de natuur inspireren bij het bepalen van de soorten licht die het meest nuttig zouden zijn. De lamp die ze ontwikkelden heeft drie verschillende vlakken die licht uitstralen met verschillende golflengten en intensiteiten om de veranderingen in de lichtkwaliteit na te bootsen die gedurende de dag op aarde te zien zijn.

Dat betekent dat er potentieel is om het gevoel van een kamer te veranderen. "Licht is de meest toegankelijke manier om het uiterlijk van een hele kamer te veranderen", zei Aristotelis. "Je krijgt veel waar voor je geld als het gaat om het veranderen van het licht."

Verlichting heeft echter het potentieel om veel meer te doen dan alleen oplichten en dimmen om waken en slapen aan te geven. Het is moeilijk voor te stellen, maar een van de grote psychologische uitdagingen waarmee astronauten worden geconfronteerd, is verveling. De eentonigheid van de omgeving is meedogenloos, met factoren als het beschikbare voedsel, de temperatuur, de verlichting en de luchtkwaliteit die weken- en maandenlang consistent blijven. Het is normaal dat astronauten de eerste paar weken of maanden van hun missie opgewonden en opgewonden zijn om in de ruimte te zijn, maar al snel begint de hetzelfdeheid van elke dag te slijten.

De meeste van die dingen kunnen om veiligheidsredenen niet worden gewijzigd, maar verlichting wel. En de verlichting in de bemanningsverblijven, waar het experiment plaatsvindt, moet praktisch en functioneel zijn maar er is ook meer ruimte om het aan te passen voor esthetiek dan op andere delen van de station.

Het Circadian Lighting-systeem simuleert dus niet elke dag exact dezelfde cyclus van zonsopgang - zonneschijn - zonsondergang. Sommige ochtenden zullen een zwakkere, meer gedempte reeks kleuren zien, terwijl andere ochtenden vlammende, mooie tinten zullen zien. Die variabiliteit is eigenlijk boeiender dan elke dag hetzelfde patroon te herhalen, ook al zijn sommige dagen prettiger dan andere.

"Wat je echt nodig hebt om eentonigheid te doorbreken, is niet noodzakelijkerwijs goede stimulatie of comfortabele stimulatie, het is gewoon stimulatie," zei Aristotelis. "Als het 100 dagen een gematigde temperatuur is geweest, weet ik zeker dat een koude dag eigenlijk best lekker zou zijn."

Kleine ingreep, grote impact

Het doel is dat de lamp, die in de bemanningsverblijven van Mogensen zal worden geïnstalleerd, hem zal helpen om zowel 's nachts beter te slapen als wakker te worden met meer energie. Naast de test op het ISS zal er ook een experiment op aarde worden uitgevoerd om de effectiviteit van het systeem te testen.

Als de resultaten veelbelovend zijn, kan deze aanpak helpen om het dagelijkse leven van astronauten tegen minimale kosten te verbeteren. Natuurlijk, meer ruimte en privacy zou leuk zijn, maar dat is praktisch niet haalbaar zonder enorme bedragen uit te geven om het station uit te breiden. Maar het installeren van lampen is relatief eenvoudig.

"Het rendement op investeringen in termen van welzijn is erg hoog", zei Aristotelis. "Vooral omdat slaap zo'n prachtig mechanisme van het menselijk lichaam is."

Er kunnen ook aanpassingen worden gedaan om astronauten 's avonds vrije tijd te geven voor taken zoals familie of vrienden bellen of aan persoonlijke projecten werken, de duur van de gesimuleerde zonsondergang is verlengd. Terwijl een zonsondergang op aarde over het algemeen ongeveer 20 minuten duurt, zal het verlichtingssysteem op het ISS deze periode naar behoefte verlengen voordat de astronaut naar bed gaat.

Er zijn toekomstige ideeën om het systeem ook nog dynamischer te maken. Momenteel doorloopt de lamp verschillende vooraf ingestelde patronen om wat dagelijkse variatie te geven. Maar toekomstige systemen zouden kunnen worden ontworpen om te reageren op omgevingsomstandigheden, zoals het veranderen van de lichtomstandigheden wanneer de hoeveelheid straling buiten het station hoog is. Door verlichting te integreren met andere sensorische modaliteiten zoals geluid en geur, kan een meer dynamische omgeving worden gecreëerd die astronauten daadwerkelijk informeert over de situatie om hen heen.

“Stel je voor dat er luidsprekers waren die het winderig lieten klinken als er veel straling op de habitat viel. Dan zou je een van je intuïtieve zintuigen gebruiken om te begrijpen dat er iets was waartegen je jezelf moest beschermen', zei Aristotelis. "Dat is waar we naartoe willen, dus het licht is niet willekeurig, het wordt feitelijk geïnformeerd door de omgeving."

Verlichting van het ruimtestation en daarbuiten

Ontwerpen voor het welzijn van astronauten is belangrijk voor het ISS, maar het zal nog belangrijker zijn voor langdurige ruimtemissies buiten een baan om de aarde. Met plannen om binnenkort NASA-astronauten te sturen voor maandenlange missies op de manen, en visies op langere termijn om te verkennen en zelfs te vestigen op andere planeten zullen we manieren moeten vinden om aardachtige omstandigheden na te bootsen zodat ontdekkingsreizigers zich op hun gemak voelen en op hun gemak kunnen presteren best.

Dat betekent dat bij het ontwerp van de ruimte niet alleen rekening moet worden gehouden met de praktische behoeften aan voedsel en water, maar ook met de menselijke behoeften aan afwisseling, comfort en interesse. Veel van de dingen die we nodig hebben om de sterren te verkennen, zijn dezelfde dingen die we in onze thuisomgeving als vanzelfsprekend beschouwen.

"Dat vind ik geweldig aan ontwerpen voor mensen in de ruimte", zei Aristotelis. “De mens is dezelfde mens op aarde als in de ruimte. We hebben evenveel prikkels nodig.”

Aanbevelingen van de redactie

• Kijk hoe NASA's nieuwe zonnepanelen zich ontvouwen op het ruimtestation
• Een SpaceX Dragon-ruimteschip vervoert veel vers fruit naar het ISS
• Het ruimtestation wordt weer druk
• Vier astronauten van het ruimtestation hebben zojuist Crew Dragon 'voor een ritje' gemaakt
• Hoe je kunt zien hoe het ruimtevaartuig van SpaceX op zaterdag een zeer korte reis maakt