Att återvända till jorden efter månader i tyngdlöshet är en fysisk prövning. Blodcirkulationen, musklerna, skelettet och balanssinnet har vant sig vid ett liv nästan utan gravitation. Nu har ESA beställt utveckling av delar till en mobil teknik som ska hjälpa astronauternas kroppar att behålla en mer jordlik vätskefördelning redan under rymdfärden.

Danish Aerospace and Defence Company har fått i uppdrag att utveckla kritiska komponenter till en mobil så kallad LBNP-enhet, enligt bolagets besked om ESA-kontraktet.

LBNP står för Lower Body Negative Pressure och bygger på en till synes enkel idé: genom att sänka lufttrycket runt astronautens underkropp går det att dra mer blod och annan kroppsvätska mot benen.

Det efterliknar en effekt som gravitationen normalt sköter automatiskt på jorden.

Den nya beställningen betyder däremot inte att ESA har en färdig ny astronaututrustning redo att skickas upp i rymden. Det handlar om fortsatt teknikutveckling och en begränsad prototyp, där Danish Aerospace bland annat ska arbeta med den komplicerade delen runt fot och underben.

Tyngdlösheten flyttar kroppens vätska

För att förstå varför tekniken behövs måste man börja med vad som händer med kroppen i rymden.

På jorden arbetar kroppen hela tiden mot gravitationen. En betydande mängd blod och annan vätska befinner sig därför normalt i den nedre delen av kroppen.

När astronauten kommer ut i mikrogravitation förändras detta snabbt.

Omkring två liter vätska kan förskjutas från underkroppen upp mot bröstet och huvudet. Ansiktet kan bli svullet och benen tillfälligt smalare. Kroppen tolkar dessutom den centrala ökningen av vätska som att den har mer blod än den behöver och börjar anpassa sig genom att minska blodvolymen.

För en astronaut som ska stanna länge i rymden är det en del av kroppens normala anpassning.

Problemet kommer när gravitationen återvänder.

Därför kan astronauter bli yra när de kommer hem

När astronauten landar på jorden börjar gravitationen åter dra blodet nedåt.

Men efter månader i mikrogravitation har kroppen inte samma förutsättningar som före uppskjutningen. Blodvolymen kan vara mindre, kärlsystemet har inte behövt arbeta på samma sätt och kroppens automatiska reglering av blodtrycket har förändrats.

Resultatet kan bli så kallad ortostatisk intolerans.

Det innebär att kroppen får svårt att hålla blodtrycket tillräckligt stabilt när personen står upp. För lite blod når då hjärnan tillfälligt.

Vanliga konsekvenser är:

• yrsel
• svaghetskänsla
• illamående
• känslan av att vara på väg att svimma
• i vissa fall faktisk svimning.

Problemet är välkänt efter längre rymdfärder och är en av anledningarna till att astronauternas återanpassning börjar redan direkt efter landningen.

Det blir ännu viktigare vid framtida resor längre bort från jorden. En astronaut som landar på exempelvis Mars kan inte nödvändigtvis räkna med ett stort medicinskt team som väntar några meter från kapseln.

Ju mer av anpassningen som kan göras redan under resan, desto bättre.

Så fungerar undertrycket runt benen

En LBNP-enhet omsluter underkroppen medan ett system sänker lufttrycket inuti utrymmet.

Det negativa trycket får blodkärlen i benen att vidgas och bidrar till att flytta blod från överkroppen nedåt.

Principen är alltså nästan motsatsen till vad mikrogravitationen gör.

I mikrogravitation	Med LBNP
Vätska förskjuts mot överkroppen och huvudet	Vätska dras mot underkroppen
Hjärt-kärlsystemet avlastas från gravitationens normala krav	Cirkulationen utsätts för en mer jordlik belastning
Anpassningen kan bidra till problem efter landning	Målet är att motverka delar av denna anpassning

Tekniken är inte ny. Olika former av LBNP har studerats och använts inom rymdmedicinen under flera decennier.

Det nya och svåra ligger i att göra systemet tillräckligt litet, bekvämt och säkert för att astronauten faktiskt ska kunna använda det ofta och samtidigt göra andra saker.

Dagens utrustning binder upp astronauten

LBNP har redan använts ombord på den internationella rymdstationen ISS.

Ett exempel är det ryska systemet Chibis-M, där astronautens underkropp placeras i ett trycktätt utrymme som skapar undertryck.

System av den typen har varit användbara för forskning och förberedelser inför återkomsten till jorden, men de har tydliga begränsningar.

Astronauten blir i praktiken bunden till utrustningen under behandlingen.

Det är en stor nackdel på en rymdstation där besättningens arbetstid är hårt planerad och där många olika motåtgärder måste få plats varje dag.

Därför är den långsiktiga visionen bakom mobil LBNP betydligt mer ambitiös än att bara bygga en mindre vakuumlåda.

Astronauten ska i bästa fall kunna bära systemet samtidigt som andra aktiviteter utförs.

ESA har arbetat med mobil LBNP tidigare

Den nya beställningen kommer inte ur tomma intet.

ESA har under flera år arbetat med idéer för att göra LBNP mer mobilt. Ett tidigare europeiskt projekt utvecklade ett byxliknande system med en batteridriven pump.

En prototyp testades 2024 på frivilliga i Frankrike.

Försöken visade att ett bärbart system kunde skapa det undertryck som eftersträvades. Samtidigt identifierades flera områden som behöver utvecklas vidare.

En mobil LBNP-enhet behöver exempelvis kunna övervaka användaren kontinuerligt. Om undertrycket blir för kraftigt kan astronauten bli yr eller närma sig svimning.

Just säkerhetsövervakningen är därför central.

I den nu aktuella prototypen ska sensorer bland annat mäta tryck, temperatur och luftfuktighet.

Danish Aerospace ska utveckla den del från fot till knä som enligt bolaget är särskilt tekniskt krävande.

Synen kan också påverkas av vätskeförskjutningen

Cirkulationen efter landningen är inte det enda skälet till att forskarna är intresserade av hur kroppsvätska fördelas i rymden.

En stor andel av astronauterna på ISS utvecklar förändringar i ögonen under längre rymdfärder.

Tillståndet kallas SANS, Spaceflight Associated Neuro-ocular Syndrome.

Förändringarna kan bland annat omfatta svullnad kring synnerven, veck i näthinnan och förändringar av ögats form.

Forskarna vet fortfarande inte exakt varför vissa astronauter drabbas mer än andra, men den långvariga förskjutningen av blod och annan vätska mot huvudet betraktas som en viktig möjlig mekanism.

Det är ytterligare ett skäl till att LBNP är intressant.

Om undertrycket regelbundet kan dra vätska bort från huvudet och ned mot benen skulle tekniken potentiellt kunna minska en del av den belastning som uppstår i mikrogravitation.

Det ska däremot inte beskrivas som en färdig behandling mot astronauternas synproblem. Forskningen om både orsakerna bakom SANS och hur tillståndet bäst förebyggs pågår fortfarande.

Astronauter tränar redan flera timmar om dagen

LBNP är bara en del av kampen mot kroppens anpassning till mikrogravitation.

Astronauter på ISS tränar normalt omkring två timmar om dagen.

Det behövs eftersom muskler och skelett inte längre utsätts för samma belastning som på jorden. Utan omfattande träning minskar både muskelmassa och benstyrka.

Rymdstationen har därför bland annat löpband, träningscykel och utrustning som gör det möjligt att genomföra styrketräning utan vanliga vikter.

En framtida mobil LBNP-enhet skulle kunna komplettera denna träning.

Det långsiktigt intressanta scenariot är att astronauten kan använda undertrycket samtidigt som exempelvis fysisk träning genomförs.

Då kan flera problem angripas under samma träningspass i stället för att varje motåtgärd kräver sin egen tid och utrustning.

Viktigare när resorna blir längre

På ISS finns relativt gott om utrymme jämfört med vad som kan väntas i framtida farkoster för längre resor.

Varje kilogram utrustning som skickas mot månen eller Mars kostar resurser. Samtidigt kan besättningen vara långt från avancerad sjukvård under mycket lång tid.

Det gör kompakta system som kan fylla flera funktioner särskilt attraktiva.

Ett mobilt LBNP-system skulle exempelvis kunna användas återkommande under en resa utan att kräva en stor stationär installation.

Det kan också bli viktigare ju längre människan befinner sig i mikrogravitation.

En resa till Mars innebär en helt annan tidsrymd än en kortare flygning i omloppsbana. Efter månader i rymden måste astronauterna dessutom kunna fungera efter ankomsten till en ny värld där det inte finns något stort markteam som kan hjälpa dem ur farkosten.

Kroppen måste lära sig gravitationen igen

När en astronaut kommer hem är det inte bara cirkulationen som behöver ställas om.

Muskler och skelett måste åter belastas på vanligt sätt. Balanssystemet och hjärnan måste åter vänja sig vid att upp och ned har den betydelse som gravitationen ger dem.

Det är därför missvisande att se landningen som punkten där en lång rymdfärd är över ur kroppens perspektiv.

Återkomsten innebär i stället starten på ännu en fysiologisk omställning.

Det är den processen ESA:s nya utvecklingsarbete i förlängningen försöker göra lättare.

Den prototyp Danish Aerospace nu ska bidra till är bara ett steg på vägen. Men lyckas ingenjörerna göra LBNP litet, säkert och praktiskt nog att användas under stora delar av en vanlig dag i rymden kan en flera decennier gammal teknik få en betydligt större roll när människans resor bort från jorden blir längre.