Астронавты миссии Artemis II использовали во время полета на Луну специальные наручные устройства под названием актиграфы. Они были разработаны бразильской компанией Condor Instruments и предназначены для отслеживания состояния их здоровья.
Актиграф — прибор для измерения циркадных ритмов
Актиграф имеет форму наручных часов и оснащен акселерометрами, а также датчиками освещенности и температуры, что позволяет точно фиксировать режим сна и бодрствования пользователя в течение нескольких дней или недель.
Устройство работает с помощью датчика активности, отслеживающего частоту и интенсивность движений рук. Анализируя эти данные, можно найти периоды отдыха (отсутствие движения) и активности (наличие движения). Это позволяет точно фиксировать циркадные ритмы поведения человека. На эти «биологические часы», работающие примерно 24 часа в сутки и регулирующие физические и поведенческие функции большинства живых существ, больше всего влияет свет.
Для контроля за работой этих часов устройство оснащено десятью встроенными датчиками, которые фиксируют освещенность в различных спектральных диапазонах. Эти данные имеют решающее значение, поскольку позволяют определить интенсивность и спектральный состав света в течение цикла «свет — темнота». Этот цикл является основным внешним регулятором, который синхронизирует внутренние биологические часы с окружающей средой.
«Цикл «свет — темнота» определяется вращением Земли, и именно на этом основывается то, как мозг предполагает время сна. В космосе этот ориентир теряется, поскольку астронавты могут находиться в постоянном свете или темноте, в зависимости от их положения относительно Солнца», — объясняет Марио Педраццоли Нето, профессор Школы искусств, естественных и гуманитарных наук Университета Сан-Паулу (EACH-USP). Он является экспертом в области хронобиологии — науки, изучающей ритмы и внутренние биологические часы живых существ. Он координировал исследования, ставшие основой для разработки бразильского актиграфа.
Проблема нарушения сна в космосе
Например, на Международной космической станции (МКС) астронавты наблюдают 16 рассветов и закатов в сутки, что может серьезно нарушить цикл сна и бодрствования. Чтобы смягчить этот стресс, на станции были установлены светодиодные (LED) системы, которые имитируют земной цикл и помогают поддерживать гигиену сна экипажа.
«Из-за этих и других еще исследуемых факторов, таких как влияние гравитации, астронавты, как правило, страдают от недосыпания. В космосе отдых нарушен», — говорит Педраццоли.
Поскольку недосыпание вызывает когнитивные и моторные нарушения, которые могут поставить под угрозу выполнение длительных миссий, такие агентства, как NASA, постоянно проводят исследования с целью оценки влияния нерегулярных циклов освещения и нарушений сна на организм человека. Эти нарушения представляют риск для здоровья как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе, объясняет исследователь.
Например, исследователи, связанные с агентством, изучают, как такие факторы, как свет и потребление кофеина, влияют на биологические часы экипажа и качество сна.
Использование прибора в месячной программе Artemis
В 2023 году в рамках программы Artemis американское космическое агентство приступило к исследованиям с целью мониторинга самочувствия, уровня активности, режима сна и взаимодействия астронавтов. Проект ARCHeR (Artemis Research for Crew Health and Readiness) был инициирован из-за экстремальных условий капсулы Orion — ограниченного и тесного пространства, где во время миссий в дальний космос экипаж сталкивается с длительными биологическими и психологическими вызовами, в частности, изоляцией и радиацией.
Чтобы сделать исследование возможным, инженеры NASA искали на мировом рынке актиграфы, способные мониторить экипаж в реальном времени. Агентство обратило внимание на устройство от Condor Instruments после того, как представители стартапа приняли участие в международных научных конференциях по хронобиологии, сну и свету.
«В 2023 году они обратились к нам в поисках нового поставщика. Сначала они произвели небольшую закупку для научных и инженерных секторов. С тех пор мы участвовали в нескольких совещаниях по мере развития проекта. Устройство прошло тщательные испытания, чтобы оценить, соответствуют ли данные требованиям миссии и является ли оно безопасным и надежным для полета», — вспоминает Окамото.
Хотя с конца 2025 года были признаки его использования на Artemis II, официальное подтверждение поступило только в день запуска.
На что еще способен актиграф?
По словам Окамото, бразильский актиграф отличается среди международных конкурентов тем, что отслеживает двигательную активность, воздействие света и температуру тела. Температура тела является важнейшим показателем, поскольку во время сна она снижается на 1–2 °C в рамках циркадного цикла, способствуя расслаблению и сохранению энергии.
Еще одной уникальной особенностью является способность прибора измерять меланопический свет — спектр сине-голубого света (около 490 нанометров). Меланопический свет активирует светочувствительные ганглиозные клетки в сетчатке, что угнетает выработку мелатонина и сигнализирует мозгу о том, что сейчас день. Это повышает бдительность и подавляет сон.
Мобильные телефоны излучают свет именно на этой длине волны. Вот почему использование этих устройств ночью радикально изменяет регуляцию сна в мозге», — комментирует Педраццоли.
Устройство также оснащено кнопкой для фиксации событий, которую астронавты нажимали вместе во время исторических моментов, например, 6 апреля, когда Orion достиг расстояния 406 777 км от Земли — самой отдаленной точки, которой когда-либо достигал человек.
Во время пресс-конференции после завершения миссии командир Рид Уайсмен отметил еще одно применение этого устройства: «Использование этого устройства в течение последних двух лет давало нам возможность снова сосредоточиться, когда мы отвлекались».
Данные актиграфа, собранные во время полета, будут сопоставлены с результатами тестов на координацию движений и анкетами, заполненными до и после запуска. Цель заключается в оптимизации конструкции будущих космических аппаратов для обеспечения безопасности во время длительных миссий.
Применение прибора на Земле и в космосе
Разработка актиграфа началась с необходимости, которую обнаружил Педраццоли при проведении исследований в Центре изучения сна — Центре исследований, инноваций и распространения знаний (RIDC), входящего в состав Федерального университета Сан-Паулу (UNIFESP). Первые прототипы использовались для оценки влияния перехода на летнее время на население.
Благодаря рекомендации Артуро Форнера-Кордеро, профессора Инженерной школы Университета Сан-Паулу (POLI), Педраццоли познакомился с Окамото и Луисом Филиппе Росси, которые в то время были магистрантами POLI-USP и заинтересованы в создании технологического стартапа. В итоге инженеры превратили прототип в высокоточный коммерческий продукт.
Сегодня стартап экспортирует 80 % своей продукции — от 200 до 300 устройств в месяц — более 40 стран, обслуживая ведущие университеты и исследовательские центры. Устройство широко используется в исследованиях: от эпидемии близорукости в Азии до восстановления преждевременно родившихся детей в отделениях интенсивной терапии новорожденных.
В настоящее время цель состоит в том, чтобы сохранить партнерство с NASA для следующих этапов кампании Artemis, включая посадку на южном полюсе Луны в 2028 году.
По материалам phys.org
