Mercury man

Fotogalerij: Met een pak aan op ruimtereis

Voor het eerst in 20 jaar is de NASA met nieuwe ruimtepakken bezig, in het kader van een programma dat mensen terug naar de maan of zelfs naar Mars moet sturen. Al zitten we al 50 jaar in de ruimte, het is een enorme klus.

31 maart 2010

Voor het eerst in 20 jaar is de NASA met nieuwe ruimtepakken bezig. Het gaat om twee soorten: het ene zal worden gebruikt aan boord van het toekomstige Orion-ruimteschip, en het andere op de geplande maanbasis. Met name het maanpak houdt een enorme technische uitdaging in omdat de oude Apollo-pakken na drie dagen op de maan al zo goed als versleten waren.

De pakken hebben nog geen officiële naam, maar omdat het terugkeerproject naar de maan met de Orion en de nieuwe Ares-raket met Constellation aangeduid wordt, worden ze vaak Constellation type 1 en type 2 genoemd. De bedrijven die deze pakken gaan produceren staan voor twee grote problemen: ten eerste moeten ze makkelijk zitten en ten tweede moeten met name de maanpakken lang mee.

Inmiddels heeft de geschiedenis van de ruimtevaart aangetoond dat het moeilijk is om aan allebei de eisen te voldoen.

Start, landing en wandeling

Al zijn ruimtepakken essentieel om in de ruimte te overleven en al worden astronauten altijd in zo’n pak afgebeeld, moderne astronauten dragen ze alleen bij het opstijgen en landen, en tijdens ruimtewandelingen. Bij het werk op het internationale ruimtestation ISS hebben ze gewone kleren aan, vaak een T-shirt en korte broek. En dat is maar goed ook, want ruimtepakken zitten allesbehalve lekker en de meeste astronauten hebben er dan ook een grondige hekel aan.

Toch is er een reden dat er al sinds het prille begin van het ruimtetijdperk, toen ze nog aan een ridderharnas deden denken, ruimtepakken worden gedragen. Er werd altijd gevreesd voor een lek in het ruimteschip, waardoor de lucht uit de cabine ontsnapt en de bemanning door verstikking om het leven zal komen.

Dat deze angst gegrond was, bewees het ongeluk met de Sojoez 11 in 1971, toen drie kosmonauten terug wilden keren naar het ruimtestation Saljoet 1. In de cabine ontstond er een lek en omdat ze geen ruimtepakken droegen werd het drukverlies hen uiteindelijk fataal.

Ruimtepak vóór ruimtetijdperk

Ruimtepakken bestonden al lang voordat er ruimteschepen waren. Het eerste pak werd mogelijk al in 1931 gemaakt in de Sovjet-Unie door Jevgenij Chertovski en was bedoeld voor ballonvluchten hoog in de stratosfeer.

Maar zodra dit pak onder druk stond, werden mouwen en broekspijpen zo stijf dat werken onmogelijk was. In het Westen werden de eerste pakken rond 1933 gemaakt, ook voor de ballonvaart. Een pionier was Mark Ridge, een ballonvaarder die een Brits bedrijf een duikpak om liet bouwen. Het resultaat was volledig luchtdicht en moest tot op 35 kilometer hoogte gebruikt kunnen worden.

Ridge heeft zijn pak nooit kunnen gebruiken. Hij kreeg niet genoeg geld bij elkaar voor zijn experiment en hij eindigde in een gesticht – wat misschien zijn redding was. Toen de Britse piloot Ferdie Swain in 1936 in een variant van dit pak tot 15 kilometer opsteeg, kreeg hij al snel geen lucht meer en moest hij zijn helm opensnijden.

Pakken voor hoge vluchten

Bijna tegelijk begonnen de Amerikanen drukpakken te ontwikkelen. In 1935 kwam de firma Goodrich met een pak van lagen parachutedoek. Het had een helm die net op een kachelpijp leek met een venster in het midden.

Dit pak werd meermalen gebruikt door piloot Wiley Post, die met zijn propellervliegtuigje tien keer de voor die tijd ongelofelijke hoogte van 15 kilometer bereikte. Op die vluchten ontdekte hij de jetstream, een verschijnsel dat nu een grote rol speelt in de luchtvaart.

Daarna ging het snel: in Duitsland, Frankrijk en Italië werden pakken gemaakt voor vluchten op grote hoogte met luchtballonnen en propellervliegtuigen. De Duitsers kwamen het verst; aan het eind van de Tweede Wereldoorlog hadden ze hun Draeger-pak klaar, waar de latere NASA-pakken sterk op leken. Dit pak is mogelijk ontwikkeld voor de bemande versie van de V2-raket, die echter nooit daadwerkelijk werd gebouwd.

Met de ontdekking van de straaljager kreeg het leger pas echt behoefte aan betrouwbare drukpakken voor piloten. In de beginjaren van het ruimtetijdperk, 1945-1957, gingen de ontwikkelingen hard en toen de eerste astronauten in de VS en de Sovjet-Unie in 1959 werden uitgekozen, waren de pakken klaar.

De Amerikanen bouwden voort op de ruime ervaring van Goodrich op het gebied van drukpakken en maakten een pak voor de Amerikaanse marine dat de basis was voor de ruimtepakken van hun eerste astronauten. De Russen deden hetzelfde met het werk van het bedrijf Zvezda, dat sinds 1952 drukpakken ontwierp.

Iedereen een veiligheidspak

Zoals de Russen en Amerikanen al snel ontdekten, was er echter een zeer groot verschil tussen drukpakken voor piloten en ruimtepakken voor astronauten. Wel kreeg de technische ontwikkeling een zetje door de ontdekking van moderne kunststoffen als kapton, nylon en mylar.

Met deze nieuwe materialen en heel wat creativiteit zijn er pakken ontworpen die geschikt zijn om mee in de ruimte te werken en die bescherming bieden tegen alle bedreigingen die deze gevaarlijke werkplaats met zich mee kan brengen. De garderobe van moderne astronauten bestaat uit drie soorten ruimtepakken, namelijk een veiligheidspak, een ruimtewandelpak en een maanpak.

Het veiligheidspak is alleen bedoeld als bescherming tegen een plotselinge daling van de cabinedruk en het moet de astronaut in leven houden totdat het ruimteschip terug is op aarde. Alle astronauten dragen veiligheidspakken tijdens de lancering en landing.

Het ruimtewandelpak wordt gebruikt voor ruimtewandelingen, maar niet alle astronauten worden hiervoor getraind. Het is namelijk een dure opleiding die zich vooral afspeelt in grote aquariums waar de gewichtloze toestand tot op zekere hoogte nagebootst wordt. Een ruimtewandelpak is veel ingewikkelder en veel zwaarder dan het veiligheidspak omdat het bescherming moet bieden tegen het vacuüm in de ruimte.

Het maanpak ten slotte is nog maar door 12 astronauten gedragen. Er worden zeer strenge eisen gesteld aan pakken die op de maan en later zelfs op Mars gedragen kunnen worden, niet in de laatste plaats vanwege de enorme hoeveelheid stof op deze twee hemellichamen. Pas de laatste jaren is men aan het kijken hoe de oude Apollo-ruimtepakken verbeterd kunnen worden als voorbereiding op de volgende bemande maanmissie in 2020.

Hoge eisen aan ruimtepakken

Pakken die in het vacuüm buiten het ruimteschip gebruikt worden, moeten heel wat aankunnen. De druk in het pak moet constant zijn, astronauten moeten hun armen, benen en vingers makkelijk kunnen bewegen, de temperatuur moet gelijk blijven in zowel zonlicht als schaduw en het pak moet beschermen tegen ultraviolette straling en micrometeoren.

Om het ruimtepak soepel te houden, wordt de interne druk teruggebracht. In moderne ruimtepakken ligt de druk vaak tussen de 1/3 en 1/4 atmosfeer. Er wordt dus zuivere zuurstof ingeademd, en dit heeft zowel een voor- als een nadeel. Het voordeel is dat de afwezigheid van stikstof decompressieziekte voorkomt bij plotselinge daling van de druk. Maar het nadeel is dat astronauten een aantal uur vóór de ruimtewandeling zuivere zuurstof moeten inademen om alle stikstof uit hun bloed te verwijderen.

De beweeglijkheid is al heel lang een lastig probleem waar nog steeds geen goede oplossing voor bestaat. Vanwege het vacuüm in de ruimte zet het pak uit als een ballon en wordt het stijf. Dit is deels te voorkomen door het drukpak onder alle andere lagen te dragen en er een soort netwerk van te maken.

Als een astronaut bijvoorbeeld zijn arm buigt, wordt het pak in de elleboog ingeklemd, waardoor de lucht die op die plaats zit, ergens anders heen moet. De constructie is tegenwoordig zo goed dat de lucht in het pak zich van de ene naar de andere plek kan verplaatsen, maar het bewegen van vooral de vingers blijft lastig.

Ondergoed met waterkoeling

Door de inspanningen lopen astronauten in een ruimtepak het risico om flauw te vallen van de hitte, en daarom hebben de pakken ondergoed met waterkoeling. Het water wordt door dunne leidingen rond het hele lichaam geleid en absorbeert de overtollige warmte. Dan wordt het naar de rugzak geleid, waar de warmte via een warmtewisselaar aan de omgeving wordt afgedragen; het water stroomt nu terug.

Het vizier heeft een laagje goudfolie als bescherming tegen de ultraviolette straling van de zon. Het pak is uit lagen opgebouwd, waarvan vooral de buitenste bescherming biedt tegen micrometeoren en klein ruimteafval. Bovendien zijn de pakken wit om zoveel mogelijk straling te reflecteren en zijn ze bestand tegen temperaturen tussen de -180 en 150°C.

Als er een gat in het pak komt terwijl de astronaut in de ruimte zit, is dit echter een acuut gevaar en is de kans groot dat de astronaut omkomt. Dit gebeurt niet meteen – als hij in een paar seconden reageert, kan hij het er levend van af brengen. In tegenstelling tot wat er vaak in films te zien is, explodeert een astronaut niet, en ook begint zijn bloed niet spontaan te koken. Als eerste houdt de zuurstoftoevoer naar de hersens op en verliest hij het bewustzijn binnen 10 tot 15 seconden.

Tegelijkertijd verdampt het speeksel in zijn mond, wat aanvoelt als een soort koudeschok omdat er warmte nodig is voor de verdamping. Dan begint ook het water in de lichaamscellen te verdampen, waardoor het lichaam gevriesdroogd wordt. Maar als de astronaut snel terugkeert naar het ruimteschip kán hij aan een wisse dood ontsnappen.

Bekijk ook ...

ONTVANG DE NIEUWSBRIEF VAN WETENSCHAP IN BEELD

Je ontvangt je gratis special, Onze extreme hersenen, als download zodra je je hebt aangemeld voor onze nieuwsbrief.

Ook gelezen

Niet gevonden wat je zocht? Zoek hier: