Kan nyckeln till att leva i rymden vara... ett bra belysningssystem?

Mellan den tid de flesta av oss ägnar åt att titta på skärmar, behovet av att packa ihop så mycket på en dag, och utformningen av de flesta bostäder som ger starkt artificiellt ljus är det inget lätt jobb att sätta sig in i en hälsosam sömn rutin. Men om du tror att det är svårt att göra det på jorden, föreställ dig hur mycket svårare det är att få en god natts sömn i rymden.

Astronauterna på den internationella rymdstationen (ISS) måste hantera en rutin som är helt bortkopplad från den soluppgång och solnedgång, samt hantera unika miljöutmaningar som låg gravitation och strikt förlossning. Studier visar att astronauter kämpar för att få tillräckligt med sömn av god kvalitet, vilket kan leda till både hälsoproblem och minskad effektivitet i arbetet.

Det mesta av arbetet som görs för att främja astronauternas hälsa är fokuserat på fysiska aktiviteter som träning för att förebygga muskelförtvining eller schemaläggningsbegränsningar som att se till att de har ledigt från sin hektiska arbetsbörda till koppla av. Länge var miljön som astronauterna levde och verkade i utformad med rent pragmatiska överväganden i åtanke, med litet utrymme för estetik. Men nu börjar vi fundera på hur design kan hjälpa astronauter att bli lyckligare och friskare.

Det skulle vara oöverkomligt dyrt att utöka eller radikalt ändra utrymmena på ISS, men en idé att hjälpa astronauter att vila och arbeta bättre är en till synes enkel idé: byt bara belysningen. Det är målet med ett experiment av en grupp danska arkitekter som skickar ett nytt belysningssystem till ISS för testning, med hopp om att det kan förbättra astronauternas sömn och humör. Vi pratade med ledande arkitekt Sebastian Aristotelis från SAGA för att lära oss mer.

Miljöns roll

Människokroppens dygnsrytm bestäms främst av mängden ljus vi utsätts för, eftersom våra kroppar tar närvaron av starkt ljus som en signal att vakna och dess frånvaro som en signal till sömn. Det är därför organisationer som CDC råda folk att undvika att titta på källor till starkt blått ljus som telefonskärmar före sänggåendet och att se till att få lite ljus strax efter uppvaknandet för att hjälpa oss att börja dagen.

Detta hjälper till att sätta inre biologiska rytmer som är viktiga för allt från hormonproduktion till hjärnaktivitet. Men närvaron av artificiellt ljus förhöjer detta system, förändrar dygnsrytmer och bidrar till sömnproblem.

Detta är ett ännu värre problem för astronauter, som redan har att hantera sömnproblem och har rapporterat att de sover så lite som fem eller sex timmar per natt, mycket mindre än de åtta till 10 timmar som rekommenderas för vuxna. Det nuvarande belysningssystemet på rymdstationen tillåter vissa justeringar av astronauterna baserat på deras behov, men det är mycket mycket ett funktionellt system utformat för att ge tillräckligt med ljus för att fungera snarare än att vara utformat för att främja hälsosam sömn mönster.

Danska designföretaget SAGA har arbetat med att kombinera sin kunskap om människocentrerad design med erfarenhet av design för rymduppdrag att skapa ett belysningssystem kallat Circadian Light, som kommer att skickas till ISS i sommar för att vara testad av den danske astronauten Andreas Mogensen när han anländer dit för ett sex månader långt uppdrag senare i år.

Problemet med monotonin

Principerna för att utforma belysning kring dygnsrytmer är väl förstått: mycket starkt ljus inklusive blå våglängder på morgonen och svagare belysning utan blå våglängder på kvällarna. Designerna hämtade sin inspiration direkt från naturen när de bestämde sig för vilka typer av ljus som skulle vara mest fördelaktiga. Lampan de utvecklade har tre olika ytor som avger ljus med olika våglängder och intensiteter för att efterlikna förändringarna i ljuskvalitet som ses under dagen på jorden.

Det betyder att det finns potential att ändra känslan i ett rum. "Ljus är det mest tillgängliga sättet att ändra utseendet på ett helt rum," sa Aristotelis. "Du får mycket valuta för pengarna när det gäller att ändra ljuset."

Belysning har potential att göra mycket mer än att bara lysa upp och dämpa för att signalera att du vaknar och sover. Det är svårt att föreställa sig, men en av de stora psykologiska utmaningarna som astronauter måste möta är tristess. Miljöns monotoni är obeveklig, med faktorer som tillgänglig mat, temperaturen, belysningen och luftkvaliteten förblir konsekventa i veckor och månader åt gången. Det är vanligt att astronauter är glada och glada över att vara i rymden under de första veckorna eller månaderna av sitt uppdrag, men snart börjar samma-y-ness för varje dag att bära.

De flesta av dessa saker kan inte ändras av säkerhetsskäl, men belysning kan vara det. Och belysningen i besättningsutrymmena, där experimentet kommer att vara, måste vara praktiskt och funktionellt men det finns också mer utrymme för att justeras för estetik än det skulle finnas på andra delar av station.

Så Circadian Lighting-systemet simulerar inte exakt samma soluppgång – solsken – solnedgångscykel varje dag. Vissa morgnar kommer att se en mörkare, mer dämpad uppsättning färger, medan andra morgnar kommer att se flammande, vackra nyanser. Den variationen är faktiskt mer engagerande än att ha samma mönster som upprepas varje dag, även om vissa dagar är mer tilltalande än andra.

"Det du verkligen behöver för att bryta monotonin är inte nödvändigtvis bra stimulering eller bekväm stimulering, det är bara stimulering," sa Aristotelis. "Om det har varit en måttlig temperatur i 100 dagar, är jag säker på att en kall dag faktiskt skulle vara ganska skön."

Litet ingripande, stor påverkan

Syftet är att lampan, som ska installeras i Mogensens besättningsrum, ska hjälpa honom att både sova bättre på natten och vakna med mer energi. Vid sidan av testet på ISS kommer ett experiment att utföras på jorden för att testa systemets effektivitet också.

Om resultaten är lovande kan detta tillvägagångssätt bidra till att förbättra astronauternas dagliga liv med endast minimal kostnad. Visst, att ha mer utrymme och avskildhet skulle vara trevligt, men det är inte praktiskt möjligt utan att spendera enorma summor för att utöka stationen. Men det är relativt enkelt att installera lampor.

"Avkastningen på investeringen i termer av välbefinnande är mycket hög," sa Aristotelis. "Särskilt för att sömn är en så underbar mekanism i människokroppen."

Justeringar kan också göras för att astronauterna ska ha ledig tid på kvällarna för uppgifter som t.ex ringa upp familj eller vänner eller arbeta med personliga projekt, varaktigheten av den simulerade solnedgången är förlängt. Medan en solnedgång på jorden i allmänhet varar cirka 20 minuter, på ISS kommer belysningssystemet att förlänga denna period efter behov innan astronauten går och lägger sig.

Det finns framtida idéer för att göra systemet ännu mer dynamiskt också. För närvarande cyklar lampan genom olika förinställda mönster för att ge lite daglig variation. Men framtida system skulle kunna utformas för att svara på miljöförhållanden, som att ändra ljusförhållandena när mängden strålning utanför stationen är hög. Genom att integrera belysning tillsammans med andra sensoriska modaliteter som ljud och lukt, kan en mer dynamisk miljö skapas som faktiskt informerar astronauter om situationen runt dem.

"Föreställ dig att det fanns högtalare som fick det att låta blåsigt om det var mycket strålning som träffade livsmiljön. Då skulle du använda ett av dina intuitiva sinnen för att förstå att det fanns något du behövde skydda dig från, sa Aristotelis. "Det är dit vi skulle vilja gå, så ljuset är inte slumpmässigt, det är faktiskt informerat av omgivningen."

Belysning av rymdstationen och vidare

Att designa för astronauternas välbefinnande är viktigt för ISS, men det kommer att vara ännu viktigare för långvariga rymduppdrag utanför jordens omloppsbana. Med planer på att snart skicka NASA-astronauter för månader långa uppdrag på månarna, och långsiktiga visioner för att utforska och till och med bosätta sig på andra planeter måste vi hitta sätt att återskapa jordliknande förhållanden för upptäcktsresande att vara bekväma och prestera på sina bäst.

Det betyder att utrymmesdesign inte bara kan ta hänsyn till de praktiska behoven av mat och vatten, utan också måste ta hänsyn till mänskliga behov av variation, komfort och intresse. Många av de saker vi behöver för att utforska stjärnorna är samma saker som vi tar för givet i vår hemmiljö.

"Jag älskar det där med att designa för människor i rymden," sa Aristotelis. "Människan är samma människa på jorden som den är i rymden. Vi behöver samma mängd stimuli.”

Redaktörens rekommendationer

• Se NASA: s nya solpanel vecklas ut på rymdstationen
• Ett SpaceX Dragon-rymdskepp bär massor av färsk frukt till ISS
• Rymdstationen börjar bli trångt igen
• Fyra rymdstationsastronauter tog just Crew Dragon "på en snurr"
• Så här ser du SpaceX: s rymdskepp ta en mycket kort resa på lördag