Các phi hành gia tự thách thức bản thân ngủ trong không gian không trọng lực nhiều năm. Bài học rút ra từ giấc ngủ không trọng lực của họ là đảm bảo rằng một ngày nào đó, các sứ mệnh phi hành đoàn đầu tiên tới Sao Hỏa sẽ được nghỉ ngơi đầy đủ trước khi khám phá hành tinh đó.

Các phi hành đoàn đã luân phiên trải qua trung bình 6 tháng sống và làm việc trên Trạm vũ trụ quốc tế trong gần 23 năm. Họ phải vật lộn với các vấn đề về giấc ngủ giống như mọi người trên Trái đất. Khó khăn của họ giống những người làm việc theo ca hoặc những người có lịch trình bất thường. Tuy nhiên, thách thức ngủ và làm việc trong môi trường không trọng lực lại độc đáo hơn.

Phi hành gia của NASA Josh Cassada được đưa vào khu phi hành đoàn trên Trạm vũ trụ quốc tế vào ngày 2 tháng 3.

Ví dụ, hầu hết mọi người không phải lo lắng về việc trôi khỏi giường của họ do không trọng lực. Các phi hành gia sẽ sử dụng các biện pháp kiềm chế đặc biệt để ngăn họ lơ lửng trong trạm vũ trụ khi đang ngủ.
Hai thách thức lớn nhất đối với các phi hành gia bao gồm môi trường ngủ và thiết lập chu kỳ giấc ngủ tự nhiên.

Ngủ trong môi trường không trọng lực

Tiến sĩ Erin Flynn-Evans - giám đốc Phòng thí nghiệm đối phó mệt mỏi tại Nghiên cứu Ames của NASA, cho biết các phi hành gia có khu thiết kế riêng: tối, yên tĩnh và riêng tư trên trạm vũ trụ để có giấc ngủ ngon. Nhưng điều đó không đồng nghĩa với việc sẽ được ngủ ngon và ngủ đủ trong các không gian khác.

Giống như những người tiền nhiệm Apollo, các viên nang Orion sẽ được sử dụng trong các sứ mệnh lên mặt trăng của Artemis trong tương lai. Đó là những phương tiện nhỏ với không gian hạn chế cho phi hành đoàn và túi ngủ trong thời gian nghỉ ngơi.

“Tôi nghĩ nó giống như đi cắm trại,” Flynn-Evans nói. “Nếu chỉ trong vài ngày, có lẽ không có vấn đề gì lớn. Nhưng bạn ở gần ai đó càng lâu thì điều đó càng có thể gây rối hơn ”.

Mặc dù, trạm vũ trụ mang đến tầm nhìn tuyệt vời về trái đất, nhưng 16 lần mặt trời mọc mà một phi hành gia chứng kiến mỗi ngày có thể tàn phá đồng hồ sinh học tự nhiên của cơ thể để ngủ và thức dậy.

Trên trái đất, sự gián đoạn nhịp sinh học này thường xảy ra đối với những người làm việc theo ca qua đêm hoặc bị lệch múi giờ khi di chuyển qua các múi giờ.

“Ánh sáng là thứ thiết lập lại nhịp sinh học của chúng ta và giúp chúng ta sắp xếp theo chu kỳ ngày đêm. Nhưng trong không gian không trọng lực, chúng ta lại có một số thách thức khác,” Flynn-Evans nói.

Trạm vũ trụ quay quanh Trái đất cứ sau 90 phút, tạo ra các chu kỳ bóng tối và ánh sáng xen kẽ. Thay vì buộc các phi hành gia phải thích nghi với chu kỳ kỳ lạ như vậy, các chuyên gia tại NASA đã bổ sung hệ thống chiếu sáng bên trong trạm vũ trụ. Qua đó, bắt chước những gì mọi người trên Trái đất trải nghiệm trong một ngày bình thường.

“Chúng tôi phải cố gắng chặn ánh sáng từ cửa sổ vào ban đêm. Chúng tôi phải thực sự cố gắng tối đa hóa ánh sáng qua cửa sổ hoặc bằng ánh sáng bên trong để đảm bảo phi hành đoàn nhận được kích thích đồng bộ đó để họ có thể thức và ngủ đúng lúc.”, giám đốc Phòng thí nghiệm đối phó mệt mỏi tại Nghiên cứu Ames của NASA cho biết thêm.

Độ trễ phản lực bắt đầu trước khi các phi hành gia đến trạm vũ trụ. Lịch trình giấc ngủ của họ được thay đổi trong nhiều ngày trước khi cất cánh dựa trên thời gian trong ngày và múi giờ mà họ sẽ phóng. Khi họ đến trạm vũ trụ, mỗi phi hành gia được chuyển sang giờ trung bình Greenwich, “một điểm trung gian tốt đẹp giữa tất cả các quốc gia tham gia,” Flynn-Evans nói.

Tại Phòng thí nghiệm đối phó với sự mệt mỏi, Flynn-Evans và các đồng nghiệp đã phát triển các công cụ giúp các phi hành gia vượt qua những khó khăn về giấc ngủ. Họ đã lập chiến lược liên quan đến việc quản lý thời điểm các phi hành gia tiếp xúc với ánh sáng xanh, bước sóng đồng bộ hóa chính cho hệ sinh học và thời điểm giảm ánh sáng xanh để giúp họ ngủ đúng và đủ giấc.

Quảng cáo

Sự xuất hiện của các nhiệm vụ tiếp tế hoặc phi hành đoàn mới đôi khi làm gián đoạn lịch trình trước đó của các phi hành gia. Do đó, Flynn-Evans và các nhà nghiên cứu khác phát triển các phương pháp thay đổi giấc ngủ an toàn cho các phi hành gia. Chẳng hạn như xác định thời điểm nên chợp mắt hoặc thức khuya hơn để phù hợp với những thay đổi trong lịch trình.

Các mẹo tương tự giúp các phi hành gia ngủ ngon cũng được áp dụng trên trái đất. Ví dụ tuân theo một lịch trình đều đặn với việc thức dậy và đi ngủ cùng một lúc càng nhiều càng tốt và hạn chế tiếp xúc với ánh sáng xanh trước khi đi ngủ, được phát ra từ TV LED, điện thoại thông minh, máy tính và máy tính bảng.

‘Nhiệm vụ không gian giả mạo’

Mặc dù các nhà khoa học có dữ liệu về giấc ngủ từ nhiều năm bay vào vũ trụ, nhưng việc thực hiện các nhiệm vụ mô phỏng trên Trái đất cho phép họ kiểm soát vấn đề nhiều hơn.

“Chúng tôi luôn thực hiện các nhiệm vụ không gian giả. Chúng tôi tạo môi trường không gian tương tự tại trung tâm vũ trụ Johnson được gọi là tương tự nghiên cứu khám phá con người hoặc gọi tắt là HERA. Về cơ bản đó là một môi trường sống nhỏ.”, Flynn-Evans nói.

Phi hành đoàn CHAPEA sẽ sống với các khu riêng lẻ tại Trung tâm Vũ trụ Johnson của NASA ở Houston.

Môi trường sống giả bắt chước kích thước của một căn cứ mặt trăng hoặc tàu vũ trụ nhỏ và có thể chứa phi hành đoàn bốn người trong thời gian dài. Các phi hành đoàn đã trải qua 45 ngày trong môi trường sống này và bị hạn chế ngủ 5 tiếng vào các đêm trong tuần và 8 tiếng vào cuối tuần. Những người tham gia đã được kiểm tra về sự tỉnh táo và hiệu suất.

Kết quả từ cuộc thử nghiệm cho thấy, nếu các thành viên phi hành đoàn chỉ ngủ được 5 tiếng một đêm, họ cần có nhiều thời gian hơn để ngủ bù vào những đêm tiếp theo nhằm ngăn chặn những tác động xấu của việc thiếu ngủ.

Theo NASA, yêu cầu hiện tại là các thành viên phi hành đoàn phải ngủ đủ 8 tiếng rưỡi mỗi đêm khi thực hiện các nhiệm vụ để tránh mất ngủ lâu dài, mệt mỏi và các biến chứng về sức khỏe.

Vào tháng 6 tới, NASA sẽ bắt đầu thử nghiệm đầu tiên trong môi trường sống sao Hỏa in 3D mới tại trung tâm vũ trụ Johnson có tên là tương tự khám phá hiệu suất và sức khỏe phi hành đoàn, gọi tắt là CHAPEA.

Trong vòng một năm, một phi hành đoàn gồm bốn người sẽ sống và làm việc bên trong một không gian rộng 1.700 foot vuông (158 mét vuông) để mô phỏng cuộc sống trên sao Hỏa. Trọng tâm của thí nghiệm đầu tiên là dinh dưỡng, nhưng Flynn-Evans và các nhà nghiên cứu đồng nghiệp của cô ấy cũng sẽ theo dõi giấc ngủ của phi hành đoàn.

Các môi trường sống như HERA và CHAPEA cho phép các nhà khoa học mô phỏng những điều bất ngờ có thể xảy ra trong sứ mệnh thực sự lên mặt trăng hoặc sao Hỏa. Chẳng hạn như nguồn lực hạn chế, thiết bị hỏng hóc, vấn đề liên lạc và các yếu tố gây căng thẳng khác của môi trường sống nhỏ.

Chuẩn bị hành trình lên sao Hỏa

Một ngày trên sao Hỏa kéo dài hơn khoảng 39 phút so với một ngày trên Trái đất. Thời gian đó chỉ đủ để các thành viên của bộ phận điều khiển sứ mệnh trên sao Hỏa. Họ phải liên tục điều chỉnh lịch trình của mình để tuân thủ thời gian biểu của Perseverance.

Vẫn còn nhiều điều chưa biết về “thời gian sao Hỏa”, chẳng hạn như sự thay đổi thời gian ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của cơ thể con người như thế nào.

Hiểu cách con người trên trái đất thích nghi với thời gian trên sao Hỏa ra sao là một cách để chuẩn bị cho các sứ mệnh tới hành tinh đỏ trong tương lai. Flynn-Evans và nhóm của cô ấy đang hợp tác chặt chẽ với những người lên kế hoạch cho các sứ mệnh trên mặt trăng của Artemis. Qua đó, tối ưu hóa lịch trình của các phi hành gia và đảm bảo rằng đủ ánh sáng cũng như giảm tiếng ồn bên trong Orion khi họ cần ngủ.

Các nhà nghiên cứu cũng muốn tìm hiểu xem các phi hành gia cần bao nhiêu caffein để tỉnh táo, để đảm bảo phi hành đoàn không hết cà phê trong một con tàu vũ trụ có dung lượng lưu trữ hạn chế.

“Giấc ngủ gắn liền mật thiết với hiệu suất, sự tỉnh táo, giao tiếp giữa các cá nhân và các mối quan hệ,” Flynn-Evans nói, “vì vậy chúng tôi muốn đảm bảo rằng các đội được thiết lập để đạt được thành công và có được giấc ngủ mà họ cần.”