I ett hörnrum i Aerospace Engineering Sciences Building vid CU Boulder är Torin Clark på väg att åka en tur.
Docenten spänner fast sig i vad som ser ut som en skrämmande tandläkarstol uppflugen på metallställningar, som i sin tur vilar på en cirkulär bas. Hela upplägget liknar en karnevalsattraktion.
Vilket det på sätt och vis är.
"Torin, är du redo att börja?" ropar doktoranden Taylor Lonner framför en bildskärm som visar flera vyer av Clark. "Jag ska gå till 5 r.p.m. över två minuter."
Clark gör tummen upp och börjar snurra — först långsamt, sedan snabbare och snabbare. Stolen piskar i cirklar runt rummet och skapar en centrifugalkraft som tvingar hans kropp tillbaka in i nackstödet.
När väl maskinen saktar ner och Clark är tillbaka på fast mark, verkar han lite vinglig men i övrigt vid gott humör.
"Det känns i grund och botten som en gravitron", säger han och syftar på de snurrande, illamående framkallande åkattraktioner som blev en stapelvara på länsmässor på 1980-talet.
Teamet från Ann och H.J. Smead Department of Aerospace Engineering Sciences använder den här maskinen som ett steg i ett experiment som försöker återskapa en upplevelse som få människor någonsin har:Chocken av att gå från en gravitationsmiljö, som rymden, till en annan, som jordens yta. I synnerhet tar gruppen itu med vad som händer när astronauter återvänder hem och landar i sina rymdfarkoster mitt i ett hackigt hav.
Desorientering och åksjuka har länge varit en underskattad verklighet av rymdutforskning, sa Lonner. Undersökningar tyder på att en majoritet av astronauter och kosmonauter har blivit sjuka under vattenlandningar – ett relativt litet tillstånd som kan bli farligt om illamående besättningsmedlemmar plötsligt måste svara på en katastrof.
Att ta itu med sådan åksjuka kommer att bli allt viktigare när fler människor reser ut i rymden och stannar där länge, sa Lonner. I de senaste laboratorieexperimenten upptäckte teamet att virtuell verklighetsglasögon kan hjälpa till att hålla astronauter på jord när de plaskar ner i havet. Den här tekniken kan ge människor lugnande bilder av ett landskap att titta på, på samma sätt som att titta på horisonten från däcket på en båt.
Teamet presenterade sina resultat denna månad på NASA:s årliga Human Research Program Investigators' Workshop i Galveston, Texas.
"Vi ökar hela denna bubbla av rymdutforskning," sa Lonner. "Men människor kommer inte att vilja göra det om de bara kommer att vara olyckliga när de kommer till mikrogravitation och när de återvänder till jorden."
För flygingenjören är frågan en personlig fråga – hon kan inte så mycket som öppna en bok under bilturer utan att bli illamående. Enligt en hypotes uppstår åksjuka som hennes från en sorts obalans mellan kroppen och hjärnan.
"När du är i en rörlig miljö känner din kropp din omgivning, men din hjärna har också en förväntning på vad du borde känna baserat på dina tidigare erfarenheter," sa Lonner. "När dessa två saker inte överensstämmer under en längre tid, blir du åksjuk."
Tyvärr för astronauter är rymden full av den typen av motsägelser.
När människor först bryter sig loss från jordens atmosfär, till exempel, förväntar sig deras hjärnor att deras kroppar ska uppleva en nedåtgående dragkraft från gravitationen - förhållanden som inte existerar i rymden. Som ett resultat har ungefär 60 % till 80 % av rymdresenärerna upplevt vad forskare kallar "rymdfärdssjuka", som kan pågå i några dagar eller till och med längre. (Den ryske kosmonauten Gherman Titov har den tvivelaktiga äran att vara den första människan som kräktes i rymden när han förlorade sin lunch inne i rymdfarkosten Vostok 2).
I separata undersökningar undersöker Clark och hans kollegor huruvida rymdutforskare kan minska rymdåksjukan genom enkla övningar, som att försiktigt luta huvudet.
Men otäcka känslor kan också dyka upp när astronauter kommer tillbaka till jorden. NASA planerar att skicka människor till månen detta årtionde ombord på rymdfarkosterna Orion eller Dragon. När i synnerhet Orion återvänder till jorden, kommer den troligen att ploppa ner i havet någonstans utanför Kaliforniens kust. Där kan astronauter guppa upp och ner i vågorna så länge som en timme medan de väntar på räddning.
Det är ingen vacker bild, sa Lonner, "Om du tittar på Orion och Dragon finns det bara ett fåtal hyttfönster som verkligen inte räcker till för att ge astronauter en fast bild av jorden."
Tillbaka på CU Boulder, i ett labb nere i korridoren från den mänskliga centrifugen, kliver Clark in i en annan maskin.
Metallkuben målad blå är ungefär lika stor som ett litet sovrum. Den fanns tidigare på NASA:s Johnson Space Center i Houston och är så stor att teamet var tvungen att ta in den i byggnaden i bitar och sedan sätta ihop den på plats igen.
När Clark väl fäster sig vid en stol inuti och stänger dörren, mullrar den massiva enheten till liv och börjar röra sig och glider längs ett spår på golvet. Den svischar i en rak linje från ena änden av rummet till den andra i flera minuter.
"Du känner att du blir gungad fram och tillbaka", säger Clark.
Faktum är att det känns som att gungas fram och tillbaka av vågor – forskarna programmerade slädens rörelse genom att dra på data från riktiga bojar i Stilla havet.
I ett nyligen experiment tog teamet en tvåstegsmetod för att simulera åksjukan som kommer från vattenlandningar:Först snurrade gruppen 30 mänskliga försökspersoner i en timme i centrifugen. Denna spinning efterliknar den desorientering som astronauter upplever när de plötsligt övergår från mikrogravitation till hårdheten i jordens gravitation.
Därefter gungade forskarna försökspersonerna i släden i så mycket som en timme. Om det låter som ett recept på illamående, sa Lonner, så var det det.
Men, tillade hon, teamet gav också var och en av försökspersonerna ett par virtual reality-glasögon att bära. Hälften av försökspersonerna såg en bild av en fast vit prick mot en svart bakgrund. Men de andra motiven fick en mycket rikare bild - en digital skog komplett med några tecknade människor för skala. De skogarna rörde sig också i takt med släden. När den gled eller lutade gjorde det också träden och människorna.
"Det är som ett virtuellt fönster," sa Lonner.
Det gjorde också susen. Lonner förklarade att om försökspersoner upplevde måttliga symtom på åksjuka i mer än två minuter, lämnade de experimentet. Endast en tredjedel av personerna som bar skyddsglasögon som bara visade den vita pricken höll i sig hela timmen i släden. Däremot överlevde nästan 80 % av försökspersonerna som tittade på skogen prövningen.
Forskarna arbetar med att bygga vidare på sina resultat och undersöker till exempel om att lägga till mer information till skogsscenen kan bidra till att minska illamåendet ännu mer. Men de är optimistiska att virtuell verklighet skulle kunna ge astronauter som återvänder till jorden lite lättnad.
Lonner ser projektet som ett sätt att öppna utforskning av rymden för fler människor – inklusive människor som hon som blir illamående på flygplan. Hon har till och med använt några av lärdomarna från sin forskning i sitt eget liv.
"Jag insåg att det är värre när fönstret är stängt och jag kan inte se molnen passera förbi," sa Lonner. "Nu öppnar jag alltid fönstret för att titta på molnen."
Tillhandahålls av University of Colorado i Boulder
