Hoe voorkomen we dat astronauten in de ruimte gevaarlijke gassen inademen? Een Duits-Noorse hi-tech optische gassensor biedt uitkomst.

"Astronauten moeten vroegtijdig worden gewaarschuwd als schadelijke of onaangename gassen worden vermengd met hun ademlucht, ", zegt senior wetenschapper Atle Honne van SINTEF. "Omdat in de ruimte, je kunt niet zomaar een raam openzetten om de kamer te ventileren, " hij zegt.

Als een kind, hij las alles wat hij te pakken kon krijgen over de sterren. Vijftig jaar later, een deel van zijn levenswerk wordt toegepast in de uitgestrekte ruimte - 400 kilometer boven het aardoppervlak! Honne is een van de architecten achter het gasmeetsysteem ANITA, die in 2007 en 2008 op het International Space Station (ISS) werd getest als een bewakingsapparaat voor ademlucht.

De European Space Agency (ESA) heeft nu een nieuwe, compactere en geavanceerdere versie van het systeem die in eerste instantie op het ISS zal worden gedemonstreerd en gebruikt. In aanvulling, het plan is om de technologie te gebruiken bij toekomstige bemande expedities verder in de ruimte.

Vroege waarschuwing

Scott Hovland staat aan het hoofd van ESA's ISS Facility and Technology Unit en heeft geen aanmoediging nodig om de kwaliteiten van de Duits-Noorse sensor te prijzen. Niet in de laatste plaats de operationele snelheid.

"Vroegtijdige waarschuwingen voor verontreinigende stoffen zijn essentieel, omdat ze astronauten de kans geven om corrigerende maatregelen te nemen als reactie op gaslekken of storingen in het luchtzuiveringssysteem, "zegt hij. "Bovendien, de ANITA-technologie is in staat om gassen te detecteren die we nooit eerder hadden verwacht in de ademende atmosfeer in de ruimte. Het vermogen om dit te doen is uiterst belangrijk voor ons, ', zegt Hovland.

Mammoeten en muizen

De ANITA-technologie maakt gebruik van optische metingen om gassen te identificeren. Het kan verschillende gassen detecteren en onderscheiden door te meten hoe ze infraroodstraling absorberen. Op het ISS, de komende versie van de sensor zal een aanvulling vormen op de huidige monitoringsystemen, die zijn gebaseerd op gaschromatografie en massaspectrometrie.

De uitdaging voor iedereen die de luchtkwaliteit in het interieur wil bewaken, is het identificeren en meten van individuele gassen in complexe mengsels. Volgens Honne, de optische techniek geeft bij de analyse van gasmengsels snellere en veel preciezere antwoorden dan de huidige technieken.

"Dit betekent niet dat het een gemakkelijke taak is om veel gassen tegelijk te meten, " zegt Honne. "We zoeken zowel mammoeten als muizen, en vaak zal de muis zich verschuilen achter de mammoet, " hij zegt.

In de ruimte in drie jaar

Een decennium geleden, de eerste versie van ANITA slaagde met vlag en wimpel voor de eerste veldtest in het ISS, waar het werd geïnstalleerd door de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA. Volgens Honne, het systeem bewees dat het veel gassen tegelijk kon meten – snel en zeer nauwkeurig.

"Tijdens ANITA's jaar in de ruimte, onze technologie heeft aangetoond dat het gassen kan detecteren die andere instrumenten niet kunnen detecteren, ' zegt Honne.

Op dezelfde manier als het vorige model, de nieuwe versie van de sensor zal worden ontwikkeld door de Noorse en Duitse ontwikkelaars. Het plan is om het in 2020 klaar te maken voor gebruik op het ISS.

Vlieg me naar de maan

In aanvulling, ESA is van plan ANITA te gebruiken op mogelijke toekomstige ruimtelaboratoria die zich in een baan rond de maan bevinden - dichter bij 400, 000 kilometer van de aarde.

Scott Hovland van ESA benadrukt dat effectieve monitoring van ademende lucht essentieel is voor toekomstige deep space-missies omdat, zoals hij zegt, als zich ernstige problemen voordoen op hun ruimtevaartuig, ze kunnen niet snel naar de aarde terugkeren, wat altijd een mogelijkheid is voor de ISS-bemanning.

"Maar adequate monitoring is net zo belangrijk op het ISS, " zegt Hovland. "Ik denk na over het belang van het voorkomen van valse alarmen. Als een vals alarm leidt tot een evacuatie, grote sommen geld zullen voor niets verloren zijn gegaan en de astronauten zullen zonder reden een riskant vertrek uit het station moeten ondernemen, " hij legt uit.

ESA investeert in ANITA om ongewenste situaties zoals deze te voorkomen, onder andere redenen.

Potentieel hier op aarde

Atle Honne van SINTEF wijst erop dat er ook veel potentiële toepassingen zijn voor de hoogvliegende ANITA-technologie hier op aarde. Het systeem kan worden gebruikt om de luchtkwaliteit in alles te controleren, van onderzeeërs en vliegtuigen tot duiksystemen en laboratoria. Hij ziet ANITA ook als bij uitstek geschikt voor het monitoren van industriële processen en milieugasemissies, met inbegrip van de door de landbouwsector geproduceerde rookgassen.

"De ruimtevaartsector is interessant voor ons bij SINTEF omdat het een veeleisende markt is, ", zegt Honne. "Als onze meetmethode de test in de ruimte doorstaat, het zal goed gekwalificeerd zijn voor toepassingen hier op aarde, " hij zegt.