Ruimtevaart. 53e Jaargang, Nummer 2 April 2004

Transcriptie

1 Ruimtevaart 53e Jaargang, Nummer 2 April 2004 Inhoud Voorwoord 2 Groeten uit Sterrenstad 3 Drs. A. Kuipers Een persoonlijke groet van André Kuipers aan de lezers van Ruimtevaart. De Nederlandse Soyuz missie DELTA 5 Ir. D.de Hoop Europa heeft sinds 2001 missies met de Soyuz uitgevoerd, waardoor Europese astronauten vaker naar ISS gaan en meer Europees onderzoek kan worden gedaan. DELTA Een veelzijdig experimentenpakket 12 Dr. R.P. de Groot, Dr. J. van Loon en Drs. J.A. Wamsteker Overzicht van de belangrijkste DELTA experimenten op het gebied van biologie en humane fysiologie. ARGES Experiment met energiezuinige lampen 17 Prof. Dr. Ir. G.M.W. Kroesen, Dr. Ir. J.P.B. Vreeburg en Ir. F.J.P. Wokke Onderzoek aan instabiliteiten in een nieuwe generatie plasmalampen. HEAT Beter inzicht in warmtetransport in de ruimte 20 Drs. G. Grommers Het HEAT experiment heeft tot doel meer inzicht te krijgen in het koelen van instrumenten in de ruimte. SUIT Experimenteren met een trilvest in de ruimte 22 Drs. J. van Erp en Dr. H-J van Veen Kan een vest, voorzien van kleine trillertjes, bijdragen aan een verbeterd gevoel van ruimtelijke oriëntatie? Technologische begeleiding voor de DELTA missie 25 Dr. R.H. Huijser De betrokkenheid van Dutch Space bij de DELTA missie wordt beschreven. ESA en DELTA 31 Dr. M. Heppener, Ir. M. van Pelt, Mr. Ing. J. Spierings en Drs. S. Verkerk ESA en vooral ESTEC spelen een cruciale rol in de voorbereidingen en uitvoering van de Europese Soyuz vluchten. Dus ook bij DELTA. Het gebruik van de Microgravity Science Glovebox gedurende ESA Soyuz Missies 35 Ing. M.C.A.M van der List en Ir. R.G.H.M. Voeten André Kuipers zal gedurende de DELTA missie experimenten uitvoeren in de Microgravity Science Glovebox. Belgische en Spaanse astronauten gingen hem voor. Biologische experimentenmodules van CCM 37 Ir. H.P. Willemsen Voor de DELTA missie heeft CMM in samenwerking met wetenschappers onderdelen vervaardigd. André Kuipers. Arts, wetenschapper en astronaut 40 Drs. E. Laan Een roeping van het eerst uur wordt werkelijkheid als André Kuipers naar ISS vertrekt. DELTA Educatieve activiteiten 44 Ir. R.A.C. Schonenborg en Drs. J.A. Wamsteker Gedurende de DELTA missie zal er een compleet educatief programma worden uitgevoerd. Webwijzer over de DELTA missie naar ISS 47 Ir. D. de Hoop Webwijzer die linkt naar DELTA, ISS, wetenschap en Nederland. Ruimtevaart en Samenleving 48 Ir. D. de Hoop Webwijzer over ons dagelijks leven en de invloed die ruimtevaart daarop heeft. RUIMTEVAART APRIL

2 Voorwoord Bestuur NVR De Dutch Expedition for Life science, Technology and Atmospheric research DELTA missie naar het International Space Station ISS is voor Nederland om verschillende redenen van groot belang. Het vestigt weer de aandacht op de ruimtevaartactiviteiten, waarbij de impact van ruimtevaart op onze samenleving en de rol van Nederland hierbij wordt toegelicht. Vanzelfsprekend is een dergelijk gebeuren groot nieuws voor Nederland, omdat de tweede Nederlandse astronaut, André Kuipers, in ISS belangwekkend onderzoek gaat doen. In dit speciale nummer van Ruimtevaart worden dan ook nagenoeg alle aspecten van DELTA beschreven. Heel globaal kunnen we de ruimtevaart in drie categorieën verdelen. Ten eerste de ruimtevaart die een ieder inmiddels vanzelfsprekend vindt: communicatie-, televisie- en navigatiesatellieten en de weersatellieten waarvan we de beelden elke dag op de TV zien. Het effect hiervan op onze samenleving is enorm, wat de Europese Unie onlangs nog eens heeft benadrukt. In de tweede categorie vallen de wetenschappelijke missies. Denk aan de, ook Nederlandse, astronomische en aardobservatiesatellieten. De missies naar planeten, de maan en kometen spreken tot ieders verbeelding. De recente foto s van de missies naar Mars zijn als wereldnieuws in tijdschriften en nieuwsbladen gepubliceerd. De derde categorie is de verdere verkenning van het heelal, innovatief onderzoek in ruimtestations, bemande missies naar Mars en het verbreden van onze horizonten. De drie categorieën hebben overigens een nauwe relatie met elkaar. In ISS wordt wetenschappelijk onderzoek verricht en hierin wordt ook apparatuur getest voor mogelijke toepassing in bemande missies naar Mars. Componenten en technologieën die zijn ontwikkeld voor en getest in ISS worden gebruikt in aardobservatie- en communicatiesatellieten. In de DELTA missie zien we eigenlijk veel elementen van het bovenstaande terug. Er wordt hoogwaardig wetenschappelijk en technologisch onderzoek verricht, waardoor de kennis van ons eigen lichaam (botonderzoek, hart en bloeddrukmetingen) en het inzicht in fysische en biologische processen, wordt vergroot. De resultaten van dit ruimteonderzoek wordt in het aardse onderzoek toegepast. Er zijn technologische experimenten in DELTA zoals proeven met lampen, trilvest en warmtepijpen. Hiervan is de spin-off nu al goed bekend. Ook zijn zinvolle experimenten bedacht door studenten en scholieren over plantenzaadjes en over bacteriën in brandstofcellen. Het is opmerkelijk dat na een relatieve korte voorbereidingstijd zoveel hoogwaardige en goede experimenten zijn ontwikkeld. De media heeft hiervoor al veel belangstelling getoond. Op websites is informatie over DELTA verschenen en André is veel op TV te zien. Na een persoonlijke groet van André Kuipers volgt een overzicht van de hele missie met informatie over de status van ISS en de rol van Europa en vooral van Nederland hierbij. Hierna worden alle experimenten besproken. ESA heeft bij DELTA een behoorlijke rol vervuld. We besteden aan een drietal experimenten extra aandacht vanwege het bijzondere karakter hiervan. De rol van Nederlandse industrie en instituten is in deze uitgave goed vermeld. Ook de educatieve activiteiten zijn beschreven. De NVR denkt hiermee de meeste aspecten van DELTA te hebben genoemd en wenst de missie succes. Uiteraard hoopt de NVR dat media, politici en beleidsmakers de hier beschreven informatie benut om ruimtevaart een nog warmer hart toe te dragen. Ten slotte verwacht de NVR dat scholieren en studenten hiermee meer belangstelling krijgen voor techniek en wetenschap. Het NIVR (Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart) te Delft en SRON (Stichting Ruimteonderzoek Nederland) te Utrecht hebben de NVR gestimuleerd (en financieel ondersteund) om dit speciale nummer van Ruimtevaart over DELTA uit te geven. 2 RUIMTEVAART APRIL 2004

3 Beste lezers van Ruimtevaart, Voor U ligt een speciale editie van het blad Ruimtevaart van de Nederlandse Vereniging voor Ruimtevaart (NVR). Ik ben al meer dan 20 jaren lid van de NVR en lees altijd met plezier de interessante artikelen in Ruimtevaart en op de NVR website. Het is fantastisch dat deze speciale editie geheel gewijd is aan de DELTA missie. Deze missie is niet alleen een unieke gebeurtenis voor mijzelf maar ook voor de Nederlandse ruimtevaart. Ik kijk enorm uit naar mijn vlucht in april met als bestemming het internationale ruimtestation en naar de uitvoering van de experimenten die op het programma staan. Een groot deel van deze experimenten is van Nederlandse bodem, dankzij de inspanningen van Nederlandse universiteiten, instituten en industrieën. Gedurende ten minste acht dagen zal ik een groot aantal uiteenlopende experimenten uitvoeren, variërend van een vest dat moet helpen bij de oriëntatie in de ruimte tot het onderzoek naar een nieuwe generatie lampen. Ook verwacht ik veel van de contacten die ik tijdens de vlucht zal hebben met scholen in Nederland. Hopelijk zal mijn vlucht veel scholieren, studenten, hoogleraren en eigenlijk gewoon iedereen in Nederland inspireren door een nieuwe kijk te geven op techniek en op de mogelijkheden die ruimtevaart kan bieden aan onze samenleving. Momenteel ben ik druk bezig met de laatste voorbereidingen voor de experimenten en voor de Soyuz vlucht, samen met mijn collega s Gennadi Padalka en Mike Fincke. De afgelopen jaren heb ik hard getraind voor mijn missie en hoop de gestelde verwachtingen waar te maken. Na de terugkeer van het ruimtestation met de huidige ISS bemanning hoop ik U in grote getale te zien tijdens een van de vele bijeenkomsten die er overal in het land gehouden zullen worden, waarin ik zal vertellen over mijn ervaringen tijdens de DELTA missie. Voor nu wens ik U veel leesplezier. Met vriendelijke groeten vanuit Sterrenstad, André Kuipers RUIMTEVAART APRIL

4 ISS configuratie in april 2002 na het bezoek van spaceshuttle missie STS-110. [ESA/NASA] Astronaut (nu minister in Frankrijk) Claudie Haigneré tijdens de (eerste ESA) Andromède missie in oktober [ESA/CNES/CPK-M. Gubaidoullin] 4 RUIMTEVAART APRIL 2004

5 De Nederlandse Soyuz missie DELTA Ir. D. de Hoop Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart André Kuipers zal in april 2004 met een Soyuz capsule naar het internationale ruimtestation ISS gaan om daar tijdens de Nederlandse DELTA missie onderzoek te doen. In ISS zijn al veel experimenten op de gebieden van fysica en levenswetenschappen verricht. Europa heeft sinds 2001 missies met de Soyuz uitgevoerd, waardoor Europese astronauten vaker naar ISS gaan en meer Europees onderzoek kan worden gedaan. Voor Nederland is deze missie uit velerlei oogpunt van belang. In dit artikel wordt kort ingegaan op de achtergronden van DELTA, de opbouw en het gebruik van ISS, de rol van Europa en de Nederlandse bijdrage. De voorbereidingen en de ontwikkeling van experimenten en instrumenten voor DELTA zullen worden toegelicht. Inleiding In ISS zijn sinds de lancering van het eerste element in 1998 veel experimenten uitgevoerd, vooral op het terrein van experimenten naar fysische en biologische verschijnselen. Deze experimenten werden behalve door de vaste bemanning ook door Europese astronauten uitgevoerd, die voor enkele dagen met de spaceshuttle naar ISS werden gebracht. Mede door de vertraging van het ISS programma, waardoor er jaarlijks minder Europese astronauten naar ISS kunnen gaan om daar Europees onderzoek te doen, heeft ESA additionele vluchten met de Russische Soyuz capsule naar ISS uitgevoerd. Er hebben sinds 2001 vier van deze missies plaatsgevonden, waarmee een Europeaan naar het ISS ging voor de duur van tien dagen. In april gaat André Kuipers naar ISS met de Rus Gennadi Padalka en de Amerikaan Mike Fincke, die daar zullen blijven als inmiddels alweer de negende vaste bemanning voor ISS. André keert met een ander Soyuz voertuig terug. Hij gaat een twintigtal Nederlandse experimenten uitvoeren in innovatieve instrumenten, waaraan Nederlandse wetenschappelijke en technologische instellingen en bedrijven hebben meegewerkt. Deze vlucht zal ongetwijfeld de aandacht vestigen op het grote belang van de ruimtevaart voor onze samenleving en hopelijk zal hierdoor de belangstelling voor wetenschap en techniek bij de jeugd toenemen. Status ISS ruimtestationprogramma en het gebruik Het huidige ISS, waarbij de VS, Rusland, Japan en Europa nauw met elkaar samenwerken, werd in de jaren negentig ontworpen. Europa doet vooral via de ESA mee aan ISS en draagt voor circa 8% van de totale kosten bij, waardoor Europa het ruimtestation kan benutten voor onderzoek. Nederland neemt voor 2% deel aan het ISS exploitatieprogramma. Het eerste ISS element, Zarya, werd in november 1998 door een Russische Proton gelanceerd, waarna in 2000 en 2001 de belangrijke laboratoria Zvezda en Destiny aan ISS werden gekoppeld. Tot begin 2003, toen het tragische ongeval met spaceshuttle Columbia plaatsvond, hebben zo n dertig missies naar ISS plaatsgevonden. Er moeten nog circa 20 missies (voor het grootste deel spaceshuttlevluchten als die weer mogen worden uitgevoerd) plaatsvinden om de gewenste configuratie te bouwen. De eerste permanente bewoners werden op 30 oktober 2000 met een Soyuz gelanceerd. Regelmatig kregen permanente bewoners via de spaceshuttle of Soyuz astronauten op bezoek, waarbij de meegebrachte onderdelen en apparatuur, zoals zonnepanelen, een robotarm en masten, aan en in ISS werden bevestigd. De achtste bemanning, die meer dan vijf maanden in ISS verbleef, zal met de DELTA missie worden afgelost. RUIMTEVAART APRIL

6 Als ISS gereed is, zal meer dan 400 ton aan materiaal in de ruimte zijn gebracht. De lengte van de ISS balken is dan 108 meter en de breedte is 78 meter. Zodoende kunnen meer dan drie ruimtevaarders permanent onderzoek verrichten in laboratoria die zijn vervaardigd door NASA, ESA, Japan en Rusland en op een hoogte van circa 350 kilometer rond de aarde cirkelen. Het Europese laboratorium Columbus zal waarschijnlijk in 2006 aan ISS worden gekoppeld en enkele jaren daarna het Japanse laboratorium Kibo. De kosten van de opbouwfase bedragen meer dan 100 miljard dollar, inclusief de kosten van alle partners, de shuttlelanceringen en het gebruik in de eerste jaren. De bouw van alleen ISS wordt geraamd op meer dan 50 miljard dollar. Europa draagt voor ruim vier miljard euro bij aan de bouw van ISS. De Nederlandse bijdrage aan de bouw van ISS is ruim 30 miljoen euro. Daarnaast draagt Nederland bij aan de ontwikkeling en bouw van onderdelen zoals de robotarm ERA en de glovebox MSG. Nederland neemt ook deel aan de nieuwe ESA programma s van behoorlijke omvang voor het gebruik van ISS tot na In ISS kan een veelheid aan onderzoek worden uitgevoerd. De nadruk ligt op zogenaamde microgewicht disciplines, zoals ruimteonderzoek op de gebieden van biologie, biotechnologie, humane fysiologie, vloeistoffysica, materiaalkunde, fysica en chemie. In ISS wordt ook onderzoek aan astronauten en apparatuur uitgevoerd om het langdurige verblijf van de mens in de ruimte te testen. Dit onderzoek is ook van belang voor de geplande bemande missies naar Mars. ISS wordt ook politiek van groot belang geacht vanwege de internationale samenwerking op het gebied van wetenschap en technologie. De resultaten van het onderzoek in ISS zijn tevens van belang voor aardse en militaire toepassingen, nieuwe communicatiesystemen en nanosatellieten. De spin-off betreft nieuwe materialen, betere kennis van medische processen (botontkalking, hartonderzoek) en een stimulans voor nieuwe technologieën (miniaturisatie). De Europese bijdrage aan ISS Europa ontwikkelt en bouwt belangrijke onderdelen, zoals het Columbus laboratorium en de vrachtvoertuigen ATV (Automated Transfer Vehicle). Ook worden kleinere systemen en instrumenten vervaardigd zoals koppelstukken (nodes), het zogenaamde Cupola venster en de grote European Robot Arm ERA. Deze arm, die voor het grootste deel in Nederland door Dutch Space is ontwikkeld, is nagenoeg gereed om te worden gelan- Het Europese laboratorium Columbus wordt mogelijk in 2006 aan het ISS gekoppeld. [ESA/D. Ducros] 6 RUIMTEVAART APRIL 2004

7 André Kuiper traint met de MSG waarin het ARGES instrument is geplaatst. [ESA/André Kuipers] ceerd. Mede vanwege de problemen met de spaceshuttle is de datum van de lancering echter nog onbekend. Verder vervaardigt ESA faciliteiten voor onderzoek zoals de grote Microgravity Science Glovebox MSG en koelsystemen die aan NASA worden geleverd. MSG is al sinds midden 2002 intensief gebruikt, ook tijdens Europese Soyuz missies. Het laboratorium Columbus is cilindervormig, heeft een lengte van 6,7 meter en is 4,5 meter in diameter. De configuratie van ATV s wordt aangepast aan het doel van de missie. In een cilindervormige module worden instrumenten vervoerd. Een ander deel van ATV bevat tanks met stuwstoffen, waarmee ISS in een hogere baan kan worden gebracht. Na de eerste ATV lancering, die begin 2005 is gepland met een Europese Ariane-5 raket, wordt ongeveer elk jaar een ATV gelanceerd. Europa ontwikkelt en bouwt faciliteiten voor onderzoek die in de grote laboratoria worden geplaatst. Er zijn instrumenten gebouwd waaronder Biolab, Cardiolab, rekken voor fysiologie, materiaalkunde en vloeistoffysica, een standaard rek voor multifunctioneel onderzoek (European Drawer Rack, EDR) en een rek voor biologisch onderzoek (European Multi Cultivation System, EMCS). De bijdrage van Nederland aan ISS Nederland neemt deel aan programma s die betrekking hebben op ISS. Dit betreft ten eerste de deelname aan de twee grootste ESA programma s, namelijk de bouw van de elementen Columbus en ATV en de exploitatie van ISS. Hierbij ontwikkelden en vervaardigden Nederlandse bedrijven en instellingen, waaronder Dutch Space, Bradford, ATOS-Origin, Signaal, NLR, TNO, CCM en universiteiten, subsystemen, componenten, software en instrumenten voor onderzoek. Zo werden voor Columbus massageheugens, softwaremodules en kleppen vervaardigd en voor ATV werden zonnepanelen gemaakt en componenten voor de warmtehuishouding. Er werden onderdelen vervaardigd zoals een glovebox voor Biolab, een bloeddrukmeter voor Cardiolab en warmtehuishoudingsystemen, experimentcontainers en componenten voor EDR en EMCS. Nederland heeft in kleinere ESA programma s over de ontwikkeling van delen van ISS een behoorlijke rol vervuld. Dutch Space is de hoofdaannemer van de ontwikkeling en de bouw van ERA. Deze elf meter lange arm kan zich over het Russische deel van ISS bewegen als een wandelende tak door een ingenieus RUIMTEVAART APRIL

8 André Kuipers, tezamen met Valery Tokarev, traint in de Soyuz TMA simulator in Sterrenstad bij Moskou. [ESA/ S.Corvaja] grijpsysteem dat is bevestigd aan elk uiteinde. Het grootste deel van de glovebox MSG is in Nederland vervaardigd door de firma Bradford Engineering. Ook houden Nederlandse instellingen, zoals het NLR en de firma DESC, zich bezig met het gebruik van ISS. Voorbereidingen Nederland heeft op veel niveau s voorbereidingen getroffen voor deze DELTA missie, waarvan de naam staat voor Dutch Expedition for Life science, Technology and Atmospheric research. Deze naam refereert ook aan de Nederlandse Deltawerken en op deze manier aan de innovatieve kracht van Nederland. De ministers van Economische Zaken en van Onderwijs, Cultuur en Wetenschappen hebben hierbij een actieve rol gespeeld. ESA, die ook kosten voor haar rekening neemt, waaronder de opleidingskosten van André, is ook bij DELTA actief. Het land dat een Soyuz missie ondersteunt en de meeste experimenten levert, moet aan Rusland een bijdrage betalen voor de kosten van die missie (voor Nederland was dat circa 12 miljoen euro). Daarnaast zijn er kosten voor de ontwikkeling en bouw van instrumenten, de missievoorbereiding en dergelijke. Nederland heeft met ESA en Rusland veel gesprekken gevoerd over deze missie die de Russische naam Soyuz Vlucht 8S kreeg. De Nederlandse overheid gaf voor de uitgaven voor deze missie formeel op 5 december 2002 het groene licht. De heenreis is gepland op 19 april vanaf het Baikonur cosmodrome in Kazakstan met de Soyuz TMA-4, die op 21 april aan ISS zal koppelen. De terugreis vindt plaats op 30 april (een dag later dan eerst het plan was) met de Soyuz TMA-3, die een half jaar lang als reddingboot voor de ISS bemanning diende. De landing vindt plaats op de steppe van Kazakstan. Diverse voorbereidende activiteiten hebben plaatsgevonden, waarbij personen in Nederland actief zijn geweest variërend van overheid, instellingen als SRON en NIVR en vanzelfsprekend wetenschappers en technologen van universiteiten (Eindhoven, Utrecht, Amsterdam, Groningen, Rotterdam en Wageningen). Bovendien waren bedrijven en instellingen (Dutch Space, TNO, NLR, Philips en CCM) actief. Dat André dag en nacht in touw was, behoeft geen betoog. Hij licht zijn trainingsactiviteiten toe via een dagboek op de ESA website en is vaak op de radio te horen en trad op in TV programma s. Begin 2002 werd een inventarisatie gemaakt van mogelijke Nederlandse experimenten. De meeste voorstellen waren al door ESA geselecteerd voor een mogelijke ESA missie. Midden 2002 werd een lijst opgesteld van een twintigtal kandidaat experimenten. Begin 2003, na de formele goedkeuring door de overheid, werden de voorstellen verder gedefinieerd, waarna prototypes van de instrumenten werden gemaakt en getest. Midden RUIMTEVAART APRIL 2004

9 werden de final reviews gehouden, die nagenoeg allemaal goed verliepen. Na nog enkele testen in de VS, werd de officiële bevestiging gegeven van alle huidige experimenten zodat kon worden begonnen met het maken van de vluchtwaardige instrumenten. Bedrijven en instellingen hebben hard gewerkt aan het maken van deze instrumenten. Zo heeft de TU van Eindhoven samen met onder meer Philips en Dutch Space in een record tempo een erg ingenieus instrument gemaakt en getest. Hierbij zijn ook in de VS proeven met het ARGES instrument gedaan in de glovebox MSG. Dutch Space heeft TNO geassisteerd bij het SUIT trilvest experiment. Een vluchtwaardig vest is in Leiden vervaardigd en het NLR heeft activiteiten verricht voor het gebruik. CCM in Nuenen heeft containers vervaardigd voor wetenschappers van de universiteiten van Utrecht, Amsterdam en Wageningen. Medewerkers van ESTEC hebben ondersteunende werkzaamheden verricht, zoals het verrichten van testen, het begeleiden van de ontwikkeling en het uitvoeren van analyses over de veiligheid. Ook medewerkers van DESC en SRON waren actief bij de begeleiding van experimenten. ESA zal de experimenten tijdens de vlucht begeleiden. In het ESTEC Erasmus gebouw is een apart centrum hiervoor gedefinieerd. Nederlandse instellingen, waaronder Dutch Space en NLR, zullen ESTEC hierbij behulpzaam zijn. Vanzelfsprekend spelen de experimentatoren hierbij een hoofdrol. De voorbereidingen verlopen goed op schema. Op 29 januari is al een groot deel van de instrumenten (onder meer de grote instrumenten ARGES en SUIT van de TU Eindhoven en TNO) door het onbemande Russische voertuig Progress naar ISS gebracht, waarna alles veilig in ISS werd opgeslagen. Inmiddels zijn in het Erasmus gebouw faciliteiten aangebracht om de missie te begeleiden. Hierin zullen tientallen Nederlandse wetenschappers en technici in het operationele centrum van ESTEC André assisteren bij zijn proeven. Experimenteren in DELTA André Kuipers zal experimenten uitvoeren die voor het merendeel zijn voorbereid door Nederlandse instellingen. SRON, DESC en NLR hebben een belangrijke rol gespeeld bij de coördinatie van het experimentenpakket. Een aantal van deze experimenten betreft onderzoek in vervolg op experimenten in onder meer raket- en Spacelab-missies. Er zijn nieuwe technologische experimenten bij over lampen en een trilvest. De experimenten zijn verdeeld in de categorieën biologie, fysica en technologie, humane fysiologie, aardobservatie en educatie. Er zijn drie natuurkundige en technologische experimenten, namelijk ARGES over energiezuinige plasmalampen, SUIT over de oriëntatie van een ruimtevaarder met een trillend vest en HEAT over efficiënt koelen in de ruimte. Het ingenieuze apparaat ARGES van de TU Eindhoven en Philips bevat een carrousel van 20 lampen, waarbij energiezuinige gasontlading lampen worden getest. In ISS worden plasmafysische verschijnselen onderzocht omdat bij het onderzoek daarbij op aarde, door de zwaartekracht, problemen optraden. Het onderzoek dat in de glovebox MSG wordt uitgevoerd, is dus erg relevant voor een bedrijf als Philips. Dergelijk toegepast onderzoek wordt overigens momenteel sterk gestimuleerd door ESA, NASA en de Nederlandse overheid. TNO in Soesterberg heeft al voor piloten een vest met trilelementen getest, waarbij trillingen informatie geven over hun positie. Dutch Space en TNO hebben nu een ruimtewaardig vest gemaakt waarmee André zal proberen zich beter te orienteren in de ruimte. Er zijn ook aardse toepassingen, namelijk vesten voor brandweerlieden en visueel gehandicapte personen. Bij het HEAT experiment worden nieuwe typen warmtepijpen getest voor toepassing in ruimtesystemen (onder meer in grote communicatiesatellieten) om meer efficiënt de warmtehuishouding te regelen. Biologische experimenten worden uitgevoerd met betrekking tot het interne skelet van plantencellen (Universiteit van Wageningen), de invloed van de zwaartekracht op ontstekingsreacties (AMC Amsterdam), de invloed van de zwaartekracht op de cellen van zoogdieren (Universiteit Utrecht) en botontkalking in de ruimte (Vrije Universiteit Amsterdam). De experimenten op het gebied van humane fysiologie gaan over onderzoek aan het hart, bloeddruk en dergelijke van de astronauten. RUIMTEVAART APRIL

10 Ook worden problemen aan het evenwichtsorgaan en pijn in de rug bestudeerd. Deze experimenten hebben een nauwe relatie met aardse problemen. Zo wordt de bloeddruk van astronauten voor en na de vlucht op een kieptafel van het AMC in Amsterdam gemeten om meer inzicht in de bloeddrukregeling te verkrijgen om verschijnselen van duizelingen beter te leren begrijpen. De bloeddruk en hartslag van André wordt in ISS gemeten en bewaakt. Er wordt onderzoek verricht naar ruimteziekte, waarbij proeven aan het evenwichtorgaan en de beweging van de ogen van astronauten worden gedaan. Ten slotte worden monsters genomen van micro-organismen in ISS om te onderzoeken of bacteriën in de ruimte sneller groeien. Er wordt ook een experiment op het gebied van aardobservatie verricht, waarbij zogenaamde sprites (lichtverschijnselen boven onweersbuien) worden onderzocht. Deze verschijnselen zijn wel in de ruimte maar niet op aarde zichtbaar. Ook zal André experimenten van educatieve aard uitvoeren. Zowel André als ruim scholieren gaan na hoe plantenzaadjes (raketsla) groeien. In de ruimte heeft licht en nauwelijks zwaartekracht invloed op de groeisnelheid en groeirichting. Ook voert André een studentenexperiment uit over de invloed van mogelijke snellere groei van bacteriën in een brandstofcel. Hierdoor geven dergelijke brandstofcellen mogelijk in de ruimte meer energie af. Training en activiteiten van André Kuipers Een uitvoerige beschrijving over André en zijn activiteiten zou hier moeten worden geplaatst vanwege zijn belangrijke rol in deze missie. Echter op de ESA website en ook in andere artikelen is de rol van André al uitvoerig toegelicht, zodat een korte samenvatting hier volstaat. De arts André Kuipers (45) werd in 1998 geselecteerd als ESA astronaut en in 1999 voegde hij zich bij het Europese astronautenteam. Bij Nederlandse instituten verrichtte André onderzoek aan ruimteziekte en bij ESTEC hield hij zich al vanaf 1991 bezig met fysiologische experimenten voor Spacelab en Mir. In 1991 was hij één van de vijf kandidaat-astronauten die door het NIVR waren geselecteerd. Vanaf 2002 volgde André trainingen in Keulen en Moskou, waarbij hij volop de Belgische en Spaanse Soyuz missies ondersteunde. Vanaf midden 2003 legde hij zich toe op de DELTA missie. Het belang van DELTA DELTA heeft effect op veel terreinen van onze samenleving. Nederlandse gebruikers krijgen door deze missie een extra stimulans om innovatief onderzoek in ISS te doen. De resultaten van DELTA kunnen er toe leiden dat andere Nederlandse en Europese weten- Het ISS zoals het er uiteindelijk uit zal zien. [ESA/D. Ducros] 10 RUIMTEVAART APRIL 2004

11 De Soyuz draagraket wordt van het assemblagegebouw MIK naar de lanceerplaats gebracht voor de ODISSEA missie in oktober [ESA/S. Corvaja] schappers nieuwe voorstellen voor onderzoek zullen doen. Ook hebben experimenten van bijvoorbeeld TNO en de TU Eindhoven een zekere spin-off. Het onderzoek op aarde en de experimenten in ISS vullen elkaar aan. Een ander belangrijk aspect van DELTA is dat door deze missie weer eens de aandacht wordt gevestigd op het grote belang van ruimtevaart voor onze samenleving. Hoewel de burger dit belang erkent, wordt vaak opgemerkt dat hieraan meer aandacht moet worden geschonken. Iedere burger en politicus beseft dat satellieten zorgen voor betere communicatie, snellere nieuwsvoorziening en een beter weerbericht. Orkaanwaarschuwingen die worden verkregen door het verwerken van gegevens van weersatellieten redden jaarlijks honderden mensenlevens. Ook wordt de klimaatproblematiek en verontreinigingen op aarde en in zee bijgehouden door satellieten. De ruimtetechnologie (ook van bemande ruimtevaartprojecten als ISS en DELTA) worden op andere gebieden in aardse systemen toegepast. De media zullen hopelijk behalve aan DELTA, ook aandacht schenken aan het belang van ruimtevaart voor onze samenleving. Politici, overheid en beleidsmakers willen regelmatig vernemen dat investeringen er dubbel en dwars uitkomen. Voor ruimtevaart is dat eveneens het geval. De Europese Unie heeft in 2003 al met groen- en witboeken duidelijk gemaakt dat ruimtevaart zeer relevant is voor onze samenleving. Er moeten meer initiatieven worden genomen om de rol van Europa in wereldomvattende ruimtevaartactiviteiten te versterken. Hopelijk leidt de aandacht voor DELTA tot een beter inzicht van burgers en beleidsmakers in de resultaten van de ruimtevaart, terwijl de jeugd hopelijk meer belangstelling krijgt voor techniek en bètawetenschappen. De Nederlandse economie heeft een grote behoefte aan nieuw talent op deze terreinen om in de toekomst de concurrentie aan te kunnen op het gebied van innovaties en technologie. De media heeft al veel aandacht besteed aan DELTA. Na enkele persconferenties en een persevenement tijdens de Progress lancering op 29 januari jl., hebben nieuwsuitzendingen hiervan melding gemaakt. André treedt op in journaals, jeugdprogramma s en nieuwsmagazines (zoals B&W en Netwerk), waarbij ook ministers aan het woord zijn geweest. Al vanaf begin januari is André elke maandag op de radio te horen. In de maanden februari tot april zijn lezingenavonden en -middagen georganiseerd over DELTA in Leiden, Amsterdam, Den Haag, Utrecht, Groningen en Lelystad. Tijdens en na de missie zullen er grote publieksevenementen worden gehouden die op een aantal websites worden aangekondigd en verslagen. RUIMTEVAART APRIL

12 DELTA Een veelzijdig experimentpakket Biologische en medische experimenten op de DELTA missie Dr. R.P. de Groot en Drs. J.A. Wamsteker SRON Nationaal Instituut voor Ruimteonderzoek Dr. J. van Loon Dutch Experiment Support Center, VU-Amsterdam Wie met beide benen op de grond staat zal processen waarbij zwaartekracht een rol speelt niet anders ervaren dan als vanzelfsprekend. Maar wordt die zwaartekracht uitgeschakeld, zoals dat gebeurt tijdens een ruimtevlucht, dan blijken plotseling allerlei processen anders te verlopen dan we op aarde gewend zijn. Moleculen gedragen zich anders, botgroei verandert, de hartfunctie moet zich aanpassen en verschillende materialen blijken in de ruimte ander eigenschappen te hebben. Dit maakt de ruimte tot een uniek laboratorium voor biologische, medisch en natuurkundige experimenten. Door de DELTA missie krijgen veel Nederlandse onderzoekers de kans hun experimenten in gewichtloze omstandigheden te laten uitvoeren. Inleiding De veelzijdigheid van het experimentpakket van DELTA toont de grote waarde van een laboratorium in gewichtloosheid. Het SRON programmabureau extern onderzoek coördineert en subsidieert een groot deel van de Nederlandse wetenschappelijke experimenten van DELTA. Het experimentenpakket bevat een vijftiental biologische, technisch natuurkundige en humaan fysiologische proeven. Het ruimte-experimentbureau DESC draagt zorg voor de praktische begeleiding, coördinatie en afstemming met ESA van de biologische en fysiologische experimenten. ESA houdt zich al ongeveer 20 jaar bezig met dit zogenaamde microgewichtonderzoek. Voor elk vakgebied heeft microgewicht zijn eigen specifieke waarde. In het afgelopen decennium is duidelijk geworden dat de zwaartekracht een zeer belangrijke factor is in de sturing van belangrijke processen in mens en dier, zowel tijdens de volwassenheid als tijdens de ontwikkeling. Dit geldt bijvoorbeeld voor het belangrijkste stuurorgaan, het centrale zenuwstelsel. In afwezigheid van zwaartekracht geven zintuigen verkeerde informatie aan de hersenen door, ontwikkelt het zenuwstelsel zich abnormaal, en worden spieren onjuist aangestuurd. Experimenten in sondeerraketten en spaceshuttlemissies hebben ook geleid tot een beter inzicht in processen zoals botontkalking, bloeddrukregulatie en evenwichtsstoornissen. Ook in de evolutie van alle levensvormen op aarde is zwaartekracht een bepalende factor. In afwezigheid van zwaartekracht blijken essentiële onderdelen van de cel, die voor de structuur en stabiliteit zorgen, niet of slecht aangelegd te worden. Experimenten op het gebied van de celbiologie en fysiologie hebben aangetoond dat organismen, organen maar ook individuele cellen een veranderde groei en/of ontwikkeling laten zien. Om deze effecten te verifiëren en hun onderliggende mechanismen te achterhalen moeten deze experimenten, voorheen uitgevoerd met behulp van sondeerraketten en spaceshuttles, een vervolg krijgen op het ISS. CCM modules (plungerbox) voor KAPPA. [DESC] 12 RUIMTEVAART APRIL 2004

13 Het aantal voorstellen voor experimenten op het gebied van microgewichtonderzoek neemt de laatste jaren alleen maar toe. Beoordeling door een onafhankelijke wetenschappelijke commissie heeft tot gevolg dat het kwalitatieve niveau van het microgewichtonderzoek dat daadwerkelijk uitgevoerd wordt zeer hoog is. Ook Nederlandse onderzoekers dienen regelmatig onderzoeksvoorstellen in voor microgewichtonderzoek van zeer hoog niveau. Het merendeel van de experimenten die door André Kuipers uitgevoerd gaan worden tijdens de DELTA missie was al langer door ESA geselecteerd, maar wachtte nog op een geschikte vluchtmogelijkheid. De missie DELTA biedt de (Nederlandse) experimenten een unieke vluchtmogelijkheid naar het ISS, zeker gezien de vertragingen die in het shuttleprogramma zijn opgetreden vanwege het Columbia ongeluk. Volgend is een overzicht van de biologische en medische experimenten die door André Kuipers tijdens de DELTA missie zullen worden uitgevoerd. Biologische experimenten KAPPA Invloed van zwaartekracht op ontstekingsreacties In de laatste decennia van de vorige eeuw is grote vooruitgang geboekt met de bestrijding van talrijke ziekteverschijnselen. In de westerse wereld vormen infectieziekten nauwelijks meer een serieuze bedreiging, terwijl ook hart- en vaatziekten steeds beter behandelbaar worden. Dit rooskleurige beeld gaat echter niet op voor auto-immuunziekten (astma, voedsel- en andere allergieën, reuma, enzovoort). Deze ziekten komen steeds vaker voor, terwijl er nauwelijks nieuwe behandelmethoden zijn ontwikkeld. Meer inzicht in de oorzaken van auto-immuunziekten is dus hard nodig. Het is belangrijk te constateren dat bij astronauten onderdrukking van het immuunsysteem optreedt. Het begrijpen van dit proces zou van groot belang kunnen zijn voor de medische wetenschap. Het eiwit met de naam NFκB (NFkappaB) is één van de belangrijkste moleculaire regulatoren bij ontstekings- en immuunreacties in het menselijk lichaam. Daardoor speelt het eiwit een cruciale rol bij het optreden van auto-immuunziekten. Dr. M. Peppelenbosch van het AMC in Amsterdam is geïnteresseerd in de mechanismen die in de cel de activering van NFκB tot gevolg hebben. Eerdere studies gaven aan dat zwaartekracht immuunreacties in astronauten onderdrukt en dus mogelijk van invloed is op NFκB. Door in het ruimtestation cellen op verschillende manieren te stimuleren tot activering van NFκB hopen de onderzoekers daar meer inzicht in te krijgen. ACTIN Invloed van zwaartekracht op zoogdiercellen Op het gebied van de celbiologie is er nog veel fundamenteel werk te verrichten. Signaaltransduktie, het samenspel van processen waarmee aan cellen verteld wordt wat ze moeten doen, bijvoorbeeld groeien of niet, staat op aarde uiteraard bloot aan de zwaartekracht. Experimenten hebben overtuigend aangetoond dat cellen in gewichtloze omstandigheden in bepaalde gevallen anders reageren op een aangeboden signaal dan in normale omstandigheden. Dit soort onderzoek levert een wezenlijke bijdrage aan het beter begrijpen van vitale levensprocessen onder normale (aardse) omstandigheden. Gewichtloosheid is van invloed op de groei en de ontwikkeling van zoogdiercellen, dat Een bindweefselcel speciaal aangekleurd voor het actine cytoskelet. [SRON] RUIMTEVAART APRIL

14 Een stuk bot met daarin de gaten waardoor bloedvaten lopen. In de donkere puntjes liggen speciale botcellen, de osteocyten. [SRON] hebben raketexperimenten uitgewezen. Die invloed wordt in de cellen waarschijnlijk uitgeoefend via het eiwit actine. Actine is een belangrijk onderdeel van het cellulair skelet doordat de moleculen zich aaneenrijgen tot microstructuren. Met dit experiment proberen onderzoekers van de Universiteit Utrecht onder leiding van Prof. dr. J. Boonstra meer opheldering te krijgen over het proces van opbouw en afbraak van die microstructuren, en de invloed van zwaartekracht daarop. Daartoe moeten de astronauten in het ruimtestation aan zoogdiercellen verschillende stoffen toedienen die op aarde de opbouw van die actine microstructuren stimuleren. FLOW Botontkalking in de ruimte en op aarde Botten blijven sterk door gebruik. Als botten minder belast worden, bijvoorbeeld als gevolg van ouderdom, treedt botontkalking, of osteoporose, op. Dit proces speelt zich ook af bij astronauten die tijdens een ruimtevlucht in gewichtloosheid verkeren. De oorzaak van botontkalking bij astronauten zou kunnen liggen in het feit dat het skelet in gewichtloosheid uitzonderlijk weinig belast wordt. Onderzoekers van de faculteit tandheelkunde (ACTA) op Vrije Universiteit in Amsterdam onder leiding van dr. J. Klein Nulend gaan kijken hoe dit botafbraakproces zich op celniveau afspeelt in de ruimte. Hiervoor willen ze een speciale botcel onderzoeken (osteocyten) die nog nooit eerder voor dit soort onderzoek gebruikt is. Dit experiment kan een nieuw licht werpen op osteoporose bij ouderen op aarde. SAMPLE Speuren naar bacteriën in het ISS In gewichtloosheid groeien bacteriën, waaronder ziekteverwekkers, sneller dan in aardse omstandigheden en zijn ze beter bestand tegen antibiotica. Daar komt bij dat verblijf in de ruimte niet bevorderlijk is voor de weerstand van astronauten (zie ook het KAPPA experiment). Het gevaar voor besmetting door ziekteverwekkers is dus een serieus probleem bij ruimtevluchten. Onderzoekers van de Universiteit Gronin- Bacteriën lichten op middels een speciale fluorescente stof. [SRON] 14 RUIMTEVAART APRIL 2004

15 gen (dr. H. Harmsen) willen kijken wat voor micro-organismen er aan boord van het ruimtestation voorkomen en hoe zij zich aanpassen aan de gewichtloze omstandigheden. De astronauten nemen monsters van bepaalde plaatsen in het ruimtestation en van hun eigen lichaam. TUBUL Het interne skelet van plantencellen Essentieel voor het goed functioneren van cellen is de interne ondersteunende structuur, het cytoskelet. Het cytoskelet van plantencellen speelt een cruciale rol in de ruimtelijke organisatie van de cel, de celdeling, en de richting van celgroei. Het cytoskelet is opgebouwd uit verschillende eiwitten, waarvan tubuline er één is. Onder aardse omstandigheden rangschikken tubulinemoleculen in een reageerbuis zich in bepaalde parallelle structuren, maar in gewichtloosheid gebeurt dat niet. In dit experiment proberen onderzoekers van de Universiteit van Wageningen (Prof. dr. A.M. Emons, dr. B. Sieberer) de rol van de zwaartekracht te bepalen in de organisatie en dynamica van die tubulinemoleculen in levende plantencellen. Na het groeien van de cellen onder gewichtloosheid wordt de structuur van de cellen in het ruimtestation chemisch gefixeerd. De cellen kunnen dan later, na terugkomst op aarde, in het laboratorium worden geanalyseerd. Medisch onderzoek HEART Meer inzicht in bloeddrukregeling Astronauten die na verblijf in de ruimte terugkeren op aarde hebben vaak klachten die ook worden gehoord bij mensen die lang door ziekte in bed hebben gelegen. Ze hebben last van duizeligheid, misselijkheid en vallen soms zelfs flauw. Hieraan liggen problemen met de bloeddrukregeling ten grondslag. Om die bloeddruk goed te regelen heeft het menselijk lichaam uitgebreide terugkoppelingsmechanismen, die onmiddellijk in werking treden zodra er een verandering optreedt. Dr. J. Karemaker van het Academisch Medisch Centrum (AMC) in Amsterdam probeert door experimenten met astronauten meer inzicht te krijgen in dit systeem van bloeddrukregeling. De astronauten worden voor en na de vlucht onderworpen aan verschillende bloeddrukmetingen, onder andere liggend op een door het AMC ontwikkelde kieptafel. Met de resultaten proberen de onderzoekers een computermodel voor de bloeddrukregeling verder te optimaliseren. Dat model kan onder meer helpen bij het voorkomen van bloeddrukproblemen bij bedlegerige patiënten. CIRCA Astronaut aan de hartbewaking Bij gezonde mensen op aarde volgen bloeddruk en hartslag een 24-uurs patroon. Zo zijn bloeddruk en hartslag s nachts ongeveer 20% lager dan overdag. In gewichtloze omstandigheden zou dit patroon wel eens heel anders kunnen zijn, denken wetenschappers. Meer inzicht hierin is van belang met het oog op langdurig verblijf in de ruimte. Dr. J. Karemaker van het AMC wil deze hypothese testen door de bloeddruk en de hartslag van een astronaut in de ruimte te monitoren voor een periode van 24 uur. Tijdens deze periode moet de astronaut ook enkele inspanningstests doen. Met speciaal daarvoor ontwikkelde apparatuur kunnen bloeddruk en hartslag continu gemeten worden. Tijdens de DELTA missie zal ook voor het eerst de hartslag gemeten worden tijdens het inslapen en ontwaken. MUSCLE Rugpijn in de ruimte Lage rugpijn is op aarde één van de belangrijkste oorzaken van arbeidsverzuim, en treft Cytoskelet elementen tijdens celdeling van Tobacco BY-2 cellen. [SRON] RUIMTEVAART APRIL

16 MUSCLE. [SRON] bijna 80% van de mensen op enig moment in hun leven. Het is geen ziekte van alleen de ouderdom, maar treft juist vaak mensen in de bloei van hun leven. Het is gebleken dat astronauten in de ruimte vaak klagen over pijn in de onderrug. Eén van de oorzaken van deze rugpijn zou wel eens kunnen liggen in het niet goed gebruiken van diepgelegen buikspieren en bekkenbodemspieren. Daarom wil Prof.dr. C. Snijders en zijn team van de Erasmus Universiteit in Rotterdam de astronauten betrekken bij hun onderzoek naar de oorzaken ervan. De astronauten hoeven daarvoor geen speciale activiteiten te verrichten, maar ze moeten wel dagelijks uitgebreid rapporteren door het invullen van een vragenlijst. MOP Oorzaken van ruimteziekte Wie wel eens in een achtbaan heeft gezeten weet wat gewichtloosheid voor invloed kan hebben op het evenwichtsorgaan. Bij astronauten die net in de ruimte zijn heeft die gewichtloosheid vaak op zeeziekte lijkende verschijnselen tot gevolg. Onderzoekers van TNO (dr. J. Bos et al.) proberen inzicht te krijgen in het aanpassingsproces van het evenwichtsorgaan aan veranderingen in zwaartekracht. Daarom werken zij aan een methode om op aarde die overgang naar gewichtloosheid te simuleren. In een personencentrifuge in Soesterberg kunnen proefpersonen geruime tijd 2 tot 3 keer de aardse zwaartekracht ondervinden. Proefpersonen die daarna weer uit de centrifuge stappen vertonen dezelfde symptomen als van ruimteziekte. Deze simulatie van ruimteziekte is zeer geschikt voor het doen van onderzoek naar het aanpassingsproces van het evenwichtsorgaan aan verandering in gravitatiekrachten. Daarnaast is de simulatie een goede methode voor selectie en training van kandidaat-astronauten. Bij het experiment moeten de astronauten naast de tests die een aantal maanden voor de lancering in Soesterberg zijn uitgevoerd, ook tijdens de vlucht dagelijks rapporteren in hoeverre ze last hebben van de symptomen van ruimteziekte. Ook moeten ze wat testjes doen die ze ook gedaan hebben in Soesterberg na verblijf in de centrifuge. OLP Onderzoek naar de oriëntatie in gewichtloosheid De werking van ons evenwichtsorgaan en dat van onze ogen zijn sterk gekoppeld. Wanneer het hoofd beweegt, bewegen de ogen in een reflex in tegengestelde richting om ervoor te zorgen dat er een stabiel beeld op het netvlies blijft. Het assenstelsel waarin deze reflexmatige oogbewegingen plaatsvinden, valt op aarde samen met het assenstelsel waarin de vrijwillige oogbewegingen plaatsvinden. Bij het aansturen van deze bewegingen speelt de informatie van het evenwichtsorgaan, mede gestuurd door de zwaartekracht, een belangrijke rol. Het Vestibular Research Lab in Berlijn (Prof.dr. A. Clarke) onderzoekt in samenwerking met TNO Human Factors (dr. Bos) of de afwezigheid van zwaartekracht invloed heeft op de koppeling tussen deze twee referentiekaders en daarmee op de waarneming van ruimtelijke oriëntatie. Omdat men vermoedt dat dit fenomeen een rol speelt bij het ontstaan van ruimteziekte, is dit onderzoek belangrijk voor toekomstige (langdurige) menselijke aanwezigheid in de ruimte, maar ook voor de fundamentele kennis van de fysiologie van dit type processen. 16 RUIMTEVAART APRIL 2004

17 ARGES Experiment met energiezuinige lampen Prof. Dr. Ir. G.M.W. Kroesen Technische Universiteit Eindhoven Dr. Ir. J.P.B. Vreeburg en Ir. F.J.P. Wokke Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR) ARGES is een experiment van Philips en de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Het betreft onderzoek aan instabiliteiten in een nieuwe generatie plasmalampen die momenteel door Philips wordt ontwikkeld. Deze instabiliteiten zijn enerzijds te wijten aan convectieproblemen (zwaartekracht) en anderzijds aan elektromagnetische eigenschappen van het plasma. Om de laatstgenoemde oorzaak goed te kunnen onderzoeken, moet de eerstgenoemde worden uitgeschakeld. Daarvoor dient het experiment dus bij geringe zwaartekracht plaats te vinden en de DELTA missie biedt hiervoor een uitgelezen gelegenheid. HID lampen De plasmalampen die in dit experiment worden onderzocht behoren tot de zogenaamde High Intensity Discharge (HID) lampen. Dit zijn lampen met een hoge efficiëntie die grote hoeveelheden licht kunnen produceren uit een relatief kleine lamp. Ze worden gebruikt voor (openbare) verlichting zoals wegen, stadions, gevelverlichting, winkels en fabrieken, maar er wordt gezocht naar verdere toepassingen. In deze lampen wordt licht gegenereerd door een zeer heet gas (plasma), dat ontstaat door een elektrische stroom door het gas te sturen. Het type Metal Halide (MH) lampen van het ARGES experiment heeft veel betere kleureigenschappen dan de meer conventionele kwikdamplampen die de basis vormen van het ontwerp. In een HID lamp wordt het plasma gemaakt door een vlamboog in een hittebestendig omhulsel, de zg. burner. Deze burner wordt bevestigd in een buitenballon van glas of kwarts, die gevuld kan zijn met een inert gas zoals stikstof, of vacuüm is. De burner is gevuld met argon, een paar milligram kwik en verschillende zouten. Op de samenstelling komt het aan. Zouten met gewilde eigenschappen leiden vaak tot een slanke, onstabiele vlamboog zodat andere zouten worden toegevoegd om stabiliteit te krijgen. Vanwege de hoge temperatuur van het plasma in de burner ( ºC in het midden, 900 ºC aan de wand), wordt licht gegenereerd door aangeslagen atomen en moleculen. Het meeste licht wordt geproduceerd door de atomen en moleculen van het zoutmengsel. Daarom kan door de keuze van het zoutmengsel de kleur van het lamplicht worden gecomponeerd. De experimenten tijdens DELTA zijn bedoeld om het begrip van twee verschijnselen die optreden in dit type HID lampen te vergroten. Deze verschijnselen zijn ontmenging en helische (schroevende) instabiliteit. Ontmenging Als een HID lamp in een verticale positie wordt toegepast wat kan zijn voorgeschreven ziet men vaak dat de kleur van het licht van de bovenkant van de burner anders is dan het licht van de onderkant van de burner. In combinatie met de reflector waarin de lamp gemonteerd is, kan dit een merkwaardig uitziende lichtverdeling opleveren op het te verlichten oppervlak. De oorzaak van dit ongewenste kleurverschil in de burner is dat de lichtuitzendende stoffen geleidelijk ontmengen. Bij deze ontmenging speelt een veranderend chemisch evenwicht, diffusie en convectie een rol. Kwalitatief begrijpt men het mechanisme, maar kwantitatief is het verschil tussen theoretische modellen en de geobserveerde kleurverschillen vaak groot. Helische instabiliteit Een tweede verschijnsel dat vaak voorkomt bij HID lampen is de zogenaamde helische RUIMTEVAART APRIL

18 instabiliteit. Hoewel deze instabiliteit op zichzelf geen schadelijke gevolgen voor het functioneren en de efficiëntie van de lamp hoeft te hebben, leidt het tot een instabiele lichtuitzending, d.w.z. flikkeren. Omdat dit flikkeren voor de meeste toepassingen niet acceptabel is, dient een beter begrip van dit verschijnsel te worden ontwikkeld en een manier om dit te voorkomen. Bij de helische instabiliteit ziet men dat het centrale kanaal van het plasma begint weg te buigen van de centrale as en zelfs kan gaan ronddraaien om deze as, vergelijkbaar met het draaien van een springtouw. Hoewel nog niet alles duidelijk is over dit mechanisme, gaat men er van uit dat het verschijnsel wordt veroorzaakt door het magnetische veld dat wordt gegenereerd door de stroom die door het plasma stroomt. De resulterende elektromagnetische kracht (Lorentz kracht) probeert het plasma tegen de wand te drukken. Er zijn duidelijke aanwijzingen dat de ontmengingsgraad het optreden van instabiliteiten beïnvloedt. Door het proces te bestuderen in een omgeving waar geen natuurlijke convectie optreedt, dus waar geen zwaartekracht wordt ondervonden, is de modellering eenvoudiger en daarmee ook de evaluatie van de resultaten. Meetopstelling De belangrijkste doelen van het experiment zijn het bepalen van de kritieke factoren bij het optreden van helische instabiliteit en het karakteriseren van de ontmenging van de elementen van het plasma. De meetopstelling zoals gebruikt in het ISS bestaat uit een aluminium koepel met daarin de te onderzoeken lampen, een spectrometer en een camera. Er zijn twintig lampen gemonteerd in een carrousel, die gedraaid kan worden met een motortje. Van de twintig lampen zijn er dertien met een burner gemaakt van kwarts en zeven met een burner van PCA (PolyCristallijn Aluminium-oxide). De kwartslampen zijn bedoeld voor het bekijken van de radiale ontmenging en de PCA lampen vooral voor de helische instabiliteiten. Telkens wordt er een nieuwe lamp in de meetpositie gezet, waarna er metingen uitgevoerd kunnen worden. Door voor iedere lamp in een aantal stappen het vermogen te verhogen, kan de invloed hiervan op de ontmenging en instabiliteiten bekeken worden. Voor het opmeten van de dichtheid van de diverse componenten in het plasma wordt gebruik gemaakt van een zelf ontwikkelde emissie spectrometer. Het is een bijzonder nauwkeurig instrument met André Kuipers inspecteert de meetopstelling ARGES in MSG. [TU/e] 18 RUIMTEVAART APRIL 2004

19 Het ARGES experiment zonder beschermend omhulsel. [TU/e] een oplossend vermogen van beter dan 0,02 nanometer. Dit wordt bereikt door het toepassen van een buigingsrooster dat zodanig is opgesteld dat een 38ste orde diffractiepiek wordt gebruikt. Het te onderzoeken spectrale gebied wordt ingeperkt door verschillende filters die in de stralingsbundel kunnen worden gebracht. Om de helische instabiliteiten en de mate van ontmenging visueel te kunnen waarnemen is ook een camera aan de meetopstelling toegevoegd. Deze camera maakt filmpjes van de brandende lampen en kan goed registeren wanneer een lamp instabiel wordt. Daarnaast is het een handig hulpmiddel om te kijken of de lamp brandt. De meest geschikte camera voor deze doeleinden bleek een standaard Philips webcam te zijn (maar wel ontdaan van alle overbodige onderdelen). De experimentele apparatuur wordt geïnstalleerd in de Microgravity Science Glovebox (MSG). De carrousel met lampen is op een frame bevestigd dat ook de diagnostische apparatuur draagt. Het frame is weer gemonteerd op een bodemplaat. Deze bodemplaat heeft een dubbele functie. Hij verstevigt de constructie maar dient ook voor het afvoeren van de warmte naar het gekoelde bodemdeel van de MSG. De aluminium koepel omsluit het hele experiment en sluit dit luchtdicht af van de omgeving. Dit is nodig om absoluut zeker te zijn dat er geen schadelijke stoffen in de atmosfeer van het ruimtestation kunnen komen. De lampen bevatten per slot van rekening een zeer kleine hoeveelheid kwik en een spoortje radioactief krypton. Dat is in de lamp weliswaar al tweevoudig opgesloten (door de burner en de buitenballon), maar de veiligheidsvoorschriften leggen een zogenaamde triple containment op. Het experiment wordt door André Kuipers bediend via de user interface (HMI). Dit is een klein kastje dat met een kabel aan het experiment vastzit. Dat kastje heeft een stel knoppen voor de bediening en ook een klein videoschermpje. Op dat schermpje kan de astronaut zien of alles naar wens verloopt en de knoppen functioneren als bij een mobiele telefoon. Het experiment zal ongeveer twee dagen actief zijn. In die tijd zal André enige uren bij het experiment moeten blijven om te constateren dat een instabiliteit is opgetreden en om dan naar een volgende lamp te schakelen. De rest van de tijd functioneert het experiment autonoom. Gedurende elk van de omloopbanen van het ISS is er gedurende ongeveer een derde van de tijd een directe videolink tussen de MSG en het Erasmus controle centrum bij ESTEC in Noordwijk. Daar zullen dan de experimentatoren van TU/e en Philips de resultaten kunnen bekijken. Ze kunnen dan eventueel het experimenteerschema aanpassen via instructies aan André Kuipers, die via een radioverbinding worden overgebracht. RUIMTEVAART APRIL

20 HEAT Beter inzicht in warmtetransport in de ruimte Drs. G. Grommers Dutch Space Het HEAT experiment heeft tot doel meer inzicht te krijgen in het meer efficiënt koelen van instrumenten in de ruimte met nieuwe generatie warmtepijpen, waarbij men erg is geïnteresseerd in de effectiviteit onder gewichtloze omstandigheden. Door de resultaten van het DELTA onderzoek kunnen systemen met deze warmtepijpen in satellieten hopelijk beter worden ontworpen. Inleiding Dutch Space werkt samen met het Belgische bedrijf Euro Heat Pipes (EHP), dat tevens gelieerd is aan het Microgravity Research Center van de Universiteit Leuven, aan een nieuwe generatie warmtepijpen, heat pipes, en radiatoren. Hierbij is men vooral geïnteresseerd in de precieze effectiviteit daarvan in de ruimte. Net als op aarde moet ook in de ruimte apparatuur gekoeld worden. In de ruimte gebeurt dat vaak met zogenaamde heat pipes. Dat zijn buizen die door capillaire werking koelvloeistof langs bijvoorbeeld elektronische schakelingen of door de zon opgewarmde plekken in de satelliet leiden. De koelvloeistof verdampt hierdoor en condenseert op een plek waar de warmte weer afgegeven wordt. De gecondenseerde vloeistof stroomt weer terug naar de te koelen plaats. Volgens de verwachting heeft gewichtloosheid invloed op die effectiviteit, maar het is nog onduidelijk hoe groot die invloed is. Dit experiment moet daar meer inzicht in geven en ontwerpers in staat stellen de prestaties van heat pipes en radiatoren beter te voorspellen en te optimaliseren. Een betere afstemming van bijvoorbeeld de hoeveelheid heat pipes (soms vele tientallen) op het gewenste HEAT experiment geïnstalleerd in de MSG faciliteit. [Dutch Space] 20 RUIMTEVAART APRIL 2004

21 U-vormige heat pipe met elektronica binnenin de container. [Dutch Space] koeleffect, zal uiteindelijk de gewicht/ prestatie ratio van toekomstige satellieten kunnen verbeteren. Daarmee kan veel geld worden bespaard en plaats worden gemaakt voor meer nuttige lading (bijvoorbeeld meetinstrumenten voor de wetenschap). HEAT experiment hardware De Soyuz missie voorziet in een unieke gelegenheid om een experiment te laten vliegen in de Microgravity Science Glovebox, MSG, faciliteit van het Amerikaans laboratorium aan boord van ISS. De experiment hardware van HEAT bestaat uit een U-vormige heat pipe die geïnstrumenteerd is met thermische sensoren. De verdamper kant van het systeem (daar waar de hitte wordt opgenomen en vloeistof in de heat pipes wordt omgezet in dampvorm) is uitgerust met kapton folie verwarmingelementen (heaters). De condensator kant van het systeem (daar waar het zijn warmte weer afgeeft en damp overgaat in vloeistof dat weer terugvloeit naar de verdamper) is thermisch aangesloten op het zogenaamde MSG Cold Plate System (een gekoelde plaat dus). De heat pipe, gevuld met pure ammoniak, is volledig geïntegreerd in een gesloten container. Deze container kent drie niveaus van opsluiting vanwege allerlei veiligheidsaspecten. Bij het eventueel misgaan van het experiment (vooral breuk van de heat pipe) mag er namelijk absoluut geen ammoniak in de ISS atmosfeer terechtkomen. Naast de drievoudige opsluiting zijn er dan ook drie onafhankelijke controle systemen in het HEAT elektronisch systeem geïntegreerd. De elektronica is speciaal door Dutch Space ontworpen en gebouwd. De doos waar het allemaal in zit, fungeert ook als man-machine interface voor de DELTA bemanning om het experiment aan te sturen. Voornaamste wetenschappelijke doelstellingen De wetenschappelijke doelstellingen die met HEAT kunnen worden ingevuld zijn tweeledig. Allereerst gaat het om volledige karakterisering van de warmte transport prestaties van een gegroefde aluminium heat pipe onder microgewicht condities, afgeleid van de maximaal mogelijk te doorstane warmtestroom (heat pipe burn-out limit) voor zes specifieke operationele situaties. Het tweede doel is om het bestaande mathematisch hydraulische model te valideren. Dit model wordt gebruikt om de prestaties van een nieuwe generatie high performance heat pipes te evalueren. RUIMTEVAART APRIL

22 SUIT Experimenteren met een trilvest in de ruimte Drs. J. van Erp en Dr. H-J van Veen TNO Human Factors Het SUIT experiment van TNO Human Factors en Dutch Space wordt tijdens de DELTA missie uitgevoerd. Hierbij wordt onderzocht of een speciaal vest, voorzien van kleine trillertjes, kan bijdragen aan een verbeterd gevoel van ruimtelijke oriëntatie bij astronauten. De kansen voor spin-off naar andere sectoren zijn optimaal. Inleiding SUIT is een experiment met de astronaut zélf. André Kuipers draagt straks in het ISS een vest voorzien van tactiele actuatoren, die gebruikt kunnen worden om lokaal op de huid trillingen aan te bieden. Het vest is eigenlijk een soort matrixdisplay, net als een beeldscherm maar dan bestaande uit tril-actuatoren in plaats van visuele pixels. Het vest wordt gebruikt om André Kuipers tijdens de DELTA missie een kunstmatig referentiestelsel aan te bieden, ter compensatie van het ontbreken van een zwaartekrachtvector. Dit is nog nooit eerder gedaan in de ruimte, ondanks dat problemen met de eigen oriëntatie een belangrijke rol spelen in de bemande ruimtevaart. De keuze voor deze insteek is ingegeven door onze ervaring met het gebruik van een dergelijk vest in de militaire luchtvaart. TNO Human Factors beoogt met SUIT een aantal doelen te bereiken met betrekking tot wetenschappelijke kennis, spin-off en technologische innovatie. Door de microzwaartekracht omgeving biedt een experiment in de ruimte zeldzame mogelijkheden om gegevens te verzamelen en wetenschappelijke modellen te toetsen. De kans om dat als Nederlandse organisatie te doen in een Nederlandse missie met een Nederlandse arts-astronaut is uniek. Het toepassen van vibrotactiele technologie is een groeimarkt en als zodanig is er een grote spin-off voor dit onderzoek. In de wereld zijn er slechts enkele laboratoria actief en TNO Human Factors doet voorop mee. Door het doen van dit soort experimenten komt er meer aandacht voor de potentie van vibrotactiele displays in allerlei toepassingsgebieden en leggen we contacten met partijen in verschillende branches. Dit is een rol die TNO op het lijf is geschreven. TNO Human Factors heeft in 2001 zelf een eerste innovatief tactiel vest gebouwd. Samen met Defensie wordt de militaire toepassing ervan sindsdien verder ontwikkeld. Doordat ook een ruimtevaarttoepassing hoge technische eisen stelt, kunnen we de technologische ontwikkelingen nog weer een stapje verder brengen. Al met al biedt SUIT ons de kans een ontluikende technologie via een spannend experiment aan het grote publiek te tonen en zo de rol van TNO als innovator te benadrukken. SUIT wordt gefinancierd door NIVR/EZ, de Koninklijke Luchtmacht en TNO. Dutch Space bouwde het complete vest naar specificaties van TNO Human Factors, dat verder verantwoordelijk is voor het wetenschappelijke gedeelte van SUIT. Displays voor de huid? Het hart van het SUIT experiment is het in een speciaal vest verwerkte tactiele display. Tactiele displays zijn displays voor de huid zoals beeldschermen visuele displays zijn voor de ogen. Een bekend voorbeeld van een zeer eenvoudig tactiel display is de trillende mobiele telefoon. Bij een inkomend gesprek of SMSje trilt de gehele telefoon om de aandacht te trekken, zonder daarbij anderen te storen. Soms is aan het soort trilsignaal te voelen of er sprake is van een gesprek of van een berichtje. Vaak is ook te voelen in welke broekzak het mobieltje zich bevindt. Complexere tactiele displays bestaan uit meerdere tactiele actuatoren (tactors) die onafhankelijk van elkaar te 22 RUIMTEVAART APRIL 2004

23 besturen zijn en verspreid kunnen zijn over het hele lichaam. TNO Human Factors doet sinds 1998 onderzoek naar tactiele waarneming en tactiele displays. De aandacht is daarbij gericht op de huid als informatiekanaal: hoe kunnen we mensen informatie aanbieden via hun huidzintuig. SUIT in space Een uitgangspunt voor het SUIT project is geweest dat het tactiele vest een multi-purpose vest is, dus geschikt voor ten minste twee toepassingen. Uit het scala aan mogelijke toepassingen zijn er in eerste instantie twee zeer verschillende geselecteerd. De eerste is orientation awareness, en is gericht op het verhogen van de prestatie en de veiligheid van de astronaut. De tweede is body awareness, en is gericht op het verhogen van het comfort van de astronaut. Orientation awareness refereert aan effecten die het gevolg zijn van het ontbreken van een aardvaste referentie. Het tactiele vest kan de astronaut ondersteunen bij het waarnemen van de eigen momentane oriëntatie in het ISS ten opzichte van een bepaalde vaste standaard het ondersteunen van de astronaut bij het waarnemen van langzame veranderingen in zijn oriëntatie het ondersteunen van de astronaut om zo snel mogelijk een bepaalde oriëntatie te bereiken. Het uiteindelijke doel van deze toepassing is om de prestatie en de veiligheid van de astronaut te verhogen. Dit kan onder andere door het stimuleren van het handhaven van een optimale oriëntatie (bijvoorbeeld bij het bedienen of aflezen van apparatuur), en door het reduceren van mogelijke effecten van ruimteziekte. Daarnaast is het van belang om experimentele data met betrekking tot oriëntatie tijdens gewichtloosheid te verzamelen. Gegevens verzameld tijdens gewichtloosheid vormen een uniek meetpunt omdat de sensorische informatie van de otholieten en het proprioceptieve systeem in spieren en huid afwezig is. Deze kennis kan ingezet worden bij het verbeteren van modellen voor pad integratie, ruimtelijke oriëntatie en multi-sensorische integratie. Body awareness refereert aan de effecten van het gebrek aan stimulatie van het proprioceptieve systeem van de astronaut. Het proprioceptieve systeem (zoals de ervaring van krachten in spieren en gewrichten, het gevoel van druk op de huid, etc.) zorgt er onder aardse omstandigheden voor dat je als mens hoogwaardige informatie hebt over de positie en stand van bijvoorbeeld je ledematen en waar je in aanraking bent met de omgeving (bijvoorbeeld de voeten). Het tactiele vest kan helpen bij het compenseren van de sensorische deprivatie van het proprioceptieve systeem bij afwezigheid van zwaartekracht. Door trilpatronen over het lichaam af te spelen wordt de astronaut ondersteund bij het waarnemen van (de positie van) zijn of haar eigen lichaam in de ruimte. Een mogelijk bijeffect van tactiele stimulatie is het vergroten van de doorbloeding van de huid, wat positieve effecten kan hebben op bijvoorbeeld het slaap-waak ritme van André Kuipers test het tactiele vest. [THF] RUIMTEVAART APRIL

24 een astronaut. In de DELTA missie zal alleen de orientation awareness toepassing worden getest. In het ontwerp van het vest is wel al rekening gehouden met de body awareness toepassing. Mogelijk dat in een latere missie dit onderwerp nog aan bod kan komen. Het Vest Het doel van SUIT is om de astronaut te vertellen waar beneden is. De analogie die we hiervoor gebruiken is die van een kunstmatige gravitatievector. We doen dit door de richting van beneden aan te geven door een trilling op een bepaalde locatie op het lichaam. Het referentiestelsel kan overigens door de astronaut zelf gekozen worden, bijvoorbeeld gelijk aan de standaard oriëntatie van de module waarin op dat moment gewerkt wordt. De locatie is waar de kunstmatige gravitatievector de torso snijdt. Dus als de astronaut op zijn kop hangt, voelt hij een trilling op zijn schouders en als hij voorover hangt op zijn buik. Dit principe is op aarde getest door André Kuipers in de draaistoel van TNO Human Factors door een aantal rondjes over de kop te laten draaien met het tactiele vest aan. Het Experiment Tijdens de DELTA missie zal André Kuipers twee experimenten met het tactiele vest uitvoeren. Beide experimenten worden op een aantal dagen herhaald om effecten van adaptatie te kunnen meten. Het evalueren van het tactiele vest als orientation support tool doen we tijdens zijn normale dagelijkse bezigheden. Dit betekent dat hij het vest draagt tijdens het uitvoeren van andere taken en hierbij support van het vest krijgt (of niet, zoals in de controle conditie). Direct na het experiment analyseren we de verschillen via een vragenlijst. Later kan zijn gedrag en bewegingspatroon nog geanalyseerd worden (via drie gyroscopen registeren we al zijn bewegingen). Op deze wijze hopen we vast te stellen of tactiele vesten in de toekomst kunnen bijdragen aan het verbeteren van het oriëntatie bewustzijn van astronauten tijdens hun werk in de ruimte. Wetenschappelijke gegevens verzamelen we door het afnemen van een takenbatterij waarin hij een aantal taken doet in verschillende condities. Deze taken zijn gericht op het effect van het tactiele vest op het adapteren aan microzwaartekracht (door te meten over meerdere dagen tijdens zijn missie), padintegratie (in een taak waarin hij als de wijzers van een klok gepositioneerd wordt en zijn oriëntatie moet aangeven), orientation awareness (waarin hij vanuit de referentiepositie in een willekeurige oriëntatie gebracht wordt en aan moet geven waar beneden is), en adaptatie aan constante rotatie (door hem tijdens een constante rotatie aan te laten geven wanneer hij vindt dat de rotatiesnelheid gehalveerd of nul is). De condities zijn met ogen open en dicht en met het vest aan en uit zodat we ook inzicht krijgen in multisensorische integratie. Spin-off en Spin-in Het tactiele vest dat zich sinds eind januari in het ISS bevindt, is een doorontwikkeling van de vesten die TNO Human Factors eerder ontwikkelde voor onderzoek ten behoeve van de Koninklijke Luchtmacht (eerste testvlucht was in 2003). De resultaten van SUIT zullen op hun beurt weer gebruikt worden voor het maken van betere vesten voor vliegers, onder andere om hun oriëntatievermogen in het driedimensionale luchtruim te ondersteunen. Deze spin-off en spin-in vinden ook plaats op vele andere terreinen. Zo werkt TNO Human Factors op dit moment naast andere militaire toepassingen ook aan tactiele displays voor in de autostoel (denk aan navigatie informatie en waarschuwingen voor gevaarlijke situaties) en voor in kleine handbediende apparaatjes. Ook toepassingen voor blinden worden onderzocht: zowel voor globale navigatie (hoe ga ik van A naar B) als voor lokaal manoeuvreren (hoe vermijd ik obstakels). In aanvulling op de blindenstok en blindengeleidehond bieden tactiele displays mogelijkheden. Een eerste demonstratiemodel is reeds in de testfase. Zelfs in de sportwereld zijn er legio mogelijkheden. Samen met TNO Industrie werken we aan een systeem om teamsporters (voetbal) in het veld tijdens de training gerichte aanwijzingen te geven. Er wordt optimaal gebruik gemaakt van spin-off en spin-in tussen al deze domeinen en projecten. 24 RUIMTEVAART APRIL 2004

25 Technologische begeleiding voor de DELTA missie Dr. R. H. Huijser Dutch Space Een overzicht wordt gegeven van de betrokkenheid van Dutch Space bij de DELTA missie. Naast technische en operationele ondersteuning aan ESA werd ook bijgedragen aan de realisatie van een aantal experimenten. Bovendien werd voorbereidend werk voor een viertal experimenten uitgevoerd die DELTA niet gehaald hebben, maar mogelijk bij vervolgmissies weer van belang zijn. Inleiding De bijdrage van Dutch Space aan de DELTA missie is tweeledig. Enerzijds is er een vijftal experimenten gebouwd en aan ESA afgeleverd, en er is daarvoor ondersteuning verleend. Deze experimenten (SUIT, HEAT, ARGES, SAMPLE, MOT, BugNRG) worden, vanuit het onderzoekperspectief, elders in Ruimtevaart beschreven. Anderzijds is aan ESA ondersteuning verleend in de vorm van mission integration support. Deze ondersteuning vond plaats vanuit het Dutch Project Office (DPO). Binnen DPO werd, in het beginstadium van de missievoorbereiding, onder andere ook de accommodatie en uitvoering van een aantal experimenten bestudeerd welke het uiteindelijk niet tot vlucht hebben kunnen brengen. Op deze experimenten wordt hieronder kort teruggekeken omdat deze mogelijk voor toekomstige missies weer kandidaat kunnen zijn. In vervolgstadia ISS configuratie in [NASA] RUIMTEVAART APRIL

26 werden vooral de verschillende ESA reviews (IPR, ICR, AT-1, AT-2) ondersteund, via algemeen document beheer, opstellen en goedgekeurd krijgen van safety data packages, coördinatie en ondersteuning van kwalificatie en acceptatie tests en ook advies ten aanzien van het opstellen van operationele procedures. Naast Dutch Space hebben de Belgische firma Verhaert (met veel ervaring uit de Belgische Odissea missie) en het NLR belangrijke bijdragen geleverd binnen het DPO. Missie details en ondersteuning vanuit DPO Toen in de loop van 2002 de contouren van een Nederlandse Soyuz missie naar het ISS zicht begonnen af te tekenen werd, in opdracht het ministerie van Economische Zaken en op basis van lijsten bij ESA, SRON en NIVR, een eerste inventaris van wetenschappelijke en technologische experimenten gemaakt. De studie werd uitgevoerd door oud-esa medewerker en bioloog Dick Mesland en zijn aanbevelingen werden gerapporteerd aan alle betrokken partijen in oktober De lijst bevatte 14 haalbare en twee problematische experimenten, waaraan volgens goede traditie pakkende namen werden toegekend. Na de officiële kick-off van de missie op 5 december 2002 in het Erasmus Gebouw te ESTEC werd aan de betrokken Nederlandse en enige door ESA toegevoegde buitenlandse onderzoekers, de kans geboden zich aan elkaar en aan ESA te presenteren op 16 december 2002 bij Noordwijk Space Expo. In feite gingen toen ook diverse technische oriëntaties naar accommodatie en uitvoering van de diverse experimenten aan boord van het ISS serieus van start. Grofweg viel de ontwikkelingen van de experimenten daarna uiteen in twee categorieën: via SRON contracten (biologische experimenten; CCM en Dutch Space), via contracten van NIVR en EZ, al dan niet uitbesteed aan ESA (Dutch, Space, TU/Eindhoven) of op puur commerciële basis (HEAT door het Belgische EHP samen met Dutch Space). Ten slotte werd door ESA, onder andere, een opdracht aan de Franse firma Comat verleend voor de ontwikkeling van een tweetal benodigde biologische Kubik faciliteiten, zij het niet op Nederlandse kosten voor deze missie. De complete mission integration werd door ESA uitgevoerd, inclusief het centrale contract met het Russische Rosaviakosmos, afspraken met NASA over gebruik van bijvoorbeeld de Microgravity Science Glovebox MSG in het Amerikaanse deel van het ISS en management van alle project reviews. De DPO activiteiten gingen van start na een kick-off vergadering bij het NIVR in Delft op 20 december Uiteindelijk werden alle uit te voeren taken gevat in een contract via ESA aan Dutch Space, waarin ook Bradford Engineering (BE) en het NLR werkpakketten te vervullen hadden. Verderop in het project werd de taak van BE, welke voornamelijk gericht was op de veiligheidsaspecten binnen de geplande bemande ruimtemissie, DELTA Mission Integration Milestones Milestone Datum Locatie Kick-Off 5 december 2002 ESTEC Integration Preliminary Review (IPR) 5-9 mei 2003 ESTEC Integration Critical Review (ICR) augustus 2003 ESTEC MSG interface tests 3-7 november 2003 MSFC ( Huntsville, VS) Acceptance Test #1 (Progress 13P) november 2003 ESTEC Acceptance Test #2 (Progress 13P) december 2003 Energya (Moskou, Rusland) Lancering Progress 13P 29 januari 2004 Baikonur (Kazachstan) Acceptance Test #1 (Soyuz 8S) februari 2004 ESTEC Acceptance Test #2 (Soyuz 8S) maart 2004 Energya (Moskou, Rusland) Lancering Soyuz 8S 19 april 2004 Baikonur (Kazachstan) Landing 7S 29 april 2004 (TBC) Kazachstan 26 RUIMTEVAART APRIL 2004

27 noodgedwongen overgenomen door ervaren medewerkers van de firma Verhaert. De NLR rol binnen DPO kwam tegemoet aan de ambitie om aan operations aspecten bij te dragen, zoals bij review en advies ten aanzien van de daadwerkelijke uitvoer van de experimenten aan boord van het ISS. Dutch Space medewerkers werden, naast algemene coördinatie van alle DPO acties, met name ingezet op het gebied van documentenbeheer voor alle experimenten. Dit ter voorbereiding van aanbieding aan ESA voor de diverse formele reviews (uiteindelijk uitgroeiend tot een bestand van meer dan 400 documenten op een speciaal daarvoor ingerichte ftp-site), algemeen engineering advies en coördinatie en ondersteuning van integratie en kwalificatie tests, daar waar nodig, aan de experiment developers. Binnen dit kader werd vooral ook de ondersteuning aan het MOT experiment ondergebracht. Uiteindelijk wordt straks ook een rol ingevuld tussen de ESA mission operations activiteiten en alle onderzoekers via een Dutch Investigators Support Team (DIST) dat tijdens de missie in het operations centre bij ESTEC actief zal zijn. De tabel geeft een overzicht van de belangrijkste mission integration milestones, exclusief de bijeenkomst bij Nieuwspoort in Den Haag op 4 november 2003 waarop de missienaam DELTA door ministers van der Hoeven (OC&W) en Brinkhorst (EZ) officieel werd onthuld. Tijdens de IPR werd de definitieve lijst van experimenten vastgesteld. Requiem voor Afvallers Op de oorspronkelijke experimentlijst stonden er vier waarvoor weliswaar tussen kick-off en IPR door Dutch Space in samenwerking met de Nederlandse science coördinators mogelijke realisatie en accommodatie in het ISS werd bestudeerd, maar waarvoor ten slotte besloten moest worden om ze van de lijst te schrappen. Over het algemeen ontbrak het de betrokken onderzoekers aan mogelijkheden om voldoende aandacht te kunnen besteden aan de wetenschappelijke voorbereiding binnen het bestek van de DELTA missie. Omdat deze experimenten mogelijk voor toekomstige missies weer in aanmerking kunnen komen, worden ze hieronder kort toegelicht. FOAM (G. Verbist; Shell Global Solutions, Amsterdam) Dit experiment stelde zich ten doel om schuimtoestanden te bestuderen welke onder aardse zwaartekracht niet realiseerbaar zijn, met name gericht op de dynamica van zeer natte schuimen en op het stromingsgedrag van veel vloeistof bij hoge snelheden. Beter inzicht in deze verschijnselen is voor Shell van belang bij het optimaliseren van aardolieraffinage. Zeepoplossingen zouden daarbij uitstekend als modelsysteem kunnen dienen. Een mogelijke eenvoudige meetopstelling, afgeleid van een bestaande set-up en desbetreffende know-how bij Shell Research in Amsterdam, bestond uit een testbuis waarin het schuim handmatig wordt gegenereerd, een vloeistof injector en een meetprincipe gebaseerd op een serie geleidbaarheidsensoren. Voor uitvoering van het experiment was de MSG de aangewezen faciliteit, waarbij onmiddellijk ook de mogelijkheid voor video opname van het experiment werd ingevuld. Na problemen bij Shell werd versterking van het onderzoekteam, na pogingen bij TU/ Eindhoven en TU/Twente, vooral gezocht bij de groep van prof. Langevin in Parijs, waarmee tevens een alternatief optisch meetprincipe naar voren kwam. Bovendien heeft ESA, in samenwerking met Astrium, nog een uitgebreidere technische realisatie voorgesteld, maar deze viel ruimschoots buiten de DELTA marges. Na de DELTA IPR werd geen verdere actie meer ondernomen. RHODOP (W. de Grip, Katholieke Universiteit van Nijmegen) Dit experiment had ten doel om onder gewichtloze toestand kristallen te genereren van het eiwit rhodopsine. Dit eiwit speelt een centrale rol bij het waarnemen van licht en opheldering van de structuur is belangrijk voor verder onderzoek. De driedimensionale structuur van eiwitten kan aan de hand van Röntgendiffractie aan dergelijke kristallen worden opgehelderd, waarbij de zuiverheid van de kristallen van groot belang is. Kristallisatie in microzwaartekracht, waarbij storende convectieve processen worden uitgesloten, kan daarvoor uitkomst bieden. Na eerdere pogingen tijdens eerdere ruimtemissies, waarbij vooral hardware problemen optraden, zouden nu de eenvoudige Granada Crystallisation Boxes (GCB) uitkomst moeten RUIMTEVAART APRIL

28 bieden. Kristallisatie vindt plaats via een diffusieproces in capillairen waarvan er zes ondergebracht zijn in een dergelijke box. Een gesloten vluchtcontainer bevat 20 van deze GCB s. Toen duidelijk werd dat voor de DELTA missie geen container met GCB s beschikbaar zou komen, werd het experiment voorlopig on hold gezet. COLLOID (G. Wegdam, Universiteit van Amsterdam) Dit experiment had ten doel de bestudering van het gedrag van vloeistoffen met daarin een dispersie van colloïdale bolvormige deeltjes. De interesse van de onderzoeker is gericht op theorievorming van kristallisatieprocessen en vervolgens in de synthese van nieuwe materialen met toepassingen in de elektronica, fotonica, enzovoorts. In eerste instantie werd gemikt op samenwerking met Amerikaanse onderzoekers, welke voor dit type onderzoek reeds flight hardware in ontwikkeling hadden. Toen duidelijk werd dat de apparatuur niet op tijd voor de DELTA missie aan boord van het ISS zou komen, werd naar alternatieven gezocht. Daarbij is accommodatie in de Belgische Promiss faciliteit onderzocht welke sinds de Odissea missie in het ISS resideert en welke inderdaad ook in de periode tussen Progress 13P 28 RUIMTEVAART APRIL 2004

29 upload en uitvoer van de DELTA missie ten derde maal wordt gebruikt in de MSG. In het bijzonder uitbreiding met de voor dit experiment benodigde (lokale en zeer precieze) temperatuurregeling was daarbij een belangrijk onderwerp. Al gauw bleek dit een tamelijk complexe opgave en op de IPR werd besloten dit experiment af te voeren van de DELTA lijst. BRAIN (B. Jenks, Katholieke Universiteit van Nijmegen) Dit experiment richtte zich op de studie van de ontwikkeling van het zenuwstelsel in larven (kikkervisjes) van de klauwpad Xenopus laevis. Van belang is daarbij de invloed van al dan niet aanwezigheid van licht. Na een aantal verschillende stand-alone varianten te hebben bestudeerd, werd ten slotte besloten tot accommodatie in de hierboven genoemde Kubik-faciliteiten. Hiertoe moesten miniaquaria ontworpen worden welke, tezamen met een automatische fixeerinrichting, lichtbron en elektronica in een zogenaamde Type I container moesten passen. Al met al moest het oorspronkelijke experiment plan in een dusdanig beperkt jasje worden geperst dat de mogelijk te geringe wetenschappelijke opbrengst de onderzoeker tot opgeven dwong. Conclusies In weerwil van bovenstaand requiem moet toch worden geconstateerd dat er, ondanks de grote krapte in tijd en financiën, een heel behoorlijk pakket van twintig wetenschappelijke en technologische experimenten is gegenereerd voor DELTA. Dit voornamelijk omdat er bovenop de oorspronkelijke lijst een aantal fysiologische, aardwetenschappelijke en educatieve experimenten zijn toegevoegd welke elders in dit nummer worden beschreven. Voor zes experimenten is de hardware met de Progress 13P veilig aangekomen op het ISS (totaal ongeveer 60 kg). De rest, en met name alle biologische en educatieve/studenten experimenten, volgen met de Soyuz 8S samen met André Kuipers en zijn collega s Padalka en Fincke (totaal ongeveer 45 kg). Met de Soyuz gaat ook een tasje met PR & Symbolic Items naar het ISS waarin naast een serie vlaggen diverse andere memento s hun plaats hebben gevonden. Inmiddels worden bij ESTEC voorbereidingen getroffen voor de operationele begeleiding van de DELTA missie tijdens de feitelijke ruimtevlucht. Er is een nieuw operations centre ingericht, speciaal voor deze missie, met als annex een DIST ruimte waarin een speciaal opgeleid nationaal team, bestaande uit medewerkers van het NLR, DESC en Dutch Space, enerzijds ESA ondersteuning zal verlenen en anderzijds als liaison met alle onderzoekers zal functioneren. Na een hopelijk zeer succesvolle missie zal de door Dutch Space verleende technologische ondersteuning vastgelegd worden in een aantal afsluitende rapporten voor ESA. Daarna wordt het tijd om serieus over new flights of re-flights na te gaan denken. Onbemand Progress vrachtruimtevoertuig dat wordt gebruikt om ISS te bevoorraden. [NASA] RUIMTEVAART APRIL

30 Een druk bezocht evenement over DELTA in het ESTEC Erasmus gebouw tijdens de lancering van Progress op 29 januari [ESA] ESTEC in Noordwijk speelt een belangrijke rol bij de DELTA missie. [ESA] 30 RUIMTEVAART APRIL 2004

31 ESA en DELTA Dr. M. Heppener, Ir. M. van Pelt, Mr. Ing. J. Spierings en Drs. S. Verkerk ESTEC ESA en vooral ESTEC spelen een cruciale rol in de voorbereidingen en uitvoering van de zogenaamde Europese Soyuz vluchten. Ook voor de DELTA missie van André Kuipers is dit het geval. ESA is verantwoordelijk voor het complete management van de missie, zorgde voor de training van de Nederlandse astronaut, onderhandelde het contract met Rusland en was eindverantwoordelijk voor de selectie van de wetenschappelijke experimenten. Tijdens de vlucht zelf vormt het Erasmus centrum in ESTEC het communicatiehart van de missie, van waaruit de uitwisseling van informatie tussen de betrokken astronauten, technici, wetenschappers en de media wordt geregeld. Inleiding In de afgelopen jaren hebben ESA astronauten uit Frankrijk, Italië, België en Spanje tijdens de circa tien dagen durende Europese Soyuz missies vele Europese experimenten kunnen uitvoeren. Deze missies geven de Europese astronauten en onderzoekers vroegtijdige missiemogelijkheden tijdens de opbouwfase van het ISS, voordat ESA s eigen Columbus laboratoriummodule aan het station gekoppeld wordt. Hoewel het hierbij om ESA vluchten gaat, is in deze gevallen de financiering grotendeels afkomstig uit één land, dat daarmee de zekerheid koopt dat hun ESA astronaut inderdaad de ruimte in gaat. Bovendien biedt zo n vlucht dan de mogelijkheid om speciale aandacht te krijgen voor projecten en experimenten uit dat land. In het geval van de DELTA missie is het financierende land Nederland en de ESA astronaut de Nederlander André Kuipers. Dit artikel belicht de rol van ESA en in het bijzonder ESTEC, het technisch centrum van ESA in Noordwijk, bij de organisatie van deze vlucht. Onderhandelingen met Rusland ESTEC is verantwoordelijk voor het contract met Rusland, waarin de vlucht van André aan boord van hun Soyuz geregeld is. Het bestaat uit een dik boekwerk waarin alle afspraken en verantwoordelijkheden staan vastgelegd. Gelukkig kon het contract voor de DELTA missie grotendeels gebaseerd worden op die van de vorige Europese Soyuz vluchten en verliepen de onderhandelingen met Rusland soepel. ESA heeft door de Europese Soyuz vluchten een zeer goede relatie opgebouwd met de Russische ruimtevaartorganisatie, gebaseerd op wederzijds respect, en Rusland ziet de Europese missies dan ook meer als een vorm van samenwerking dan als een verkoop van vluchtplaatsen. De Russen bieden daarom vaak meer ondersteuning dan ze strikt contractueel verplicht zijn. De specifiek zaken voor de vlucht van André Kuipers moesten in het contract worden ingebracht. Hierbij lag de nadruk op het wetenschappelijke en educatieve programma, die ten opzichte van eerdere vluchten in deze missie een grotere rol spelen. Ook werden de contract onderhandelingen beïnvloed door het ongeluk met het ruimteveer Columbia. De vlucht werd hierdoor een half jaar uitgesteld en de missie van de Soyuz veranderde in een uitwisselingsvlucht voor de permanente bemanning van het ISS. Een nieuwe bemanning voor het station wordt dan met een nieuwe Soyuz gelanceerd en de oude komt met de oude Soyuz naar huis terug. André Kuipers is het derde bemanningslid van de Soyuz en keert dus met andere reisgenoten terug dan waarmee hij gelanceerd wordt. Naast de onderhandelingen met Rusland moesten ook overeenkomsten gesloten worden met de Nederlandse overheid, NASA, DLR en CNES om alle experimenten tijdens de missie te kunnen uitvoeren. RUIMTEVAART APRIL

32 Experimenten, selectie en testen Omdat Nederland de belangrijkste financier is van de DELTA missie, heeft het ook een zeer belangrijke stem in de selectie van de experimenten voor deze vlucht. Daartoe werden in het voorjaar en de zomer van 2002 de eerste informele discussies over de DELTA missie georganiseerd door betrokkenen bij het Ministerie van Economische Zaken, het Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap, het Space Research Organization Netherlands (SRON), het Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart (NIVR) en ESA. Een van de eerste taken was het opzetten van een wetenschappelijk programma voor de missie, waartoe uit een ESA database van officieel goedgekeurde experimenten geschikte kandidaten werden gezocht. In overleg met onder andere SRON werd een lijst opgesteld van experimenten die in principe voor de DELTA missie in aanmerking kwamen. Uitgangspunt hierbij was de wetenschappelijke kwaliteit of toepassingsbelang, zoals die al door ESA beoordeeld waren. ESA organiseert hiervoor regelmatig oproepen tot het indienen van voorstellen en houdt een database bij van de beste experimenten die daarbij zijn ingediend. Binnen deze lijst werd dan speciaal gekeken naar onderzoek waarbij Nederlandse instituten betrokken zijn (het liefst in een coördinerende functie). De experimenten moesten verder compatibel zijn met de specifieke mogelijkheden en beperkingen van een Soyuz missie naar het ISS. Zo kan er voor de vlucht als voorbereiding ongeveer 70 kg met een onbemande Progress naar het ruimtestation worden gebracht, maar kan de Soyuz zelf slechts zo n 15 kg Late Access experimenten meebrengen. Deze experimenten kunnen slechts vlak voor de lancering in gereedheid worden gebracht, bijvoorbeeld omdat ze beperkt houdbare stoffen of organismen bevatten. De Soyuz kan ook maar ongeveer 15 kg mee terugbrengen. Verder moet er rekening worden gehouden met de hoeveelheid ruimte en elektrisch vermogen dat aan boord van het ISS vrij te maken is en de beschikbaarheid van de benodigde apparatuur aan boord van het station zoals de Microgravity Science Glovebox. Van de acht dagen die de astronauten aan boord van het ISS doorbrengen, kunnen ze 40 uren besteden aan de experimenten. Dus ook de hoeveelheid astronautentijd die nodig is, was een belangrijk selectiepunt. Op basis van de eerste selectie werden nadere gesprekken met de betrokken wetenschappers en de industrie gevoerd waarin de mogelijkheden in meer detail werden besproken en eisen verder konden worden aangescherpt. In oktober/november 2002 kwam zo een meer definitieve lijst beschikbaar die als basis diende voor het formele Nederlandse besluit om de missie te financieren. In samenspraak met de technische mensen uit het missieteam werkte ESA s hoofdverantwoordelijke missiewetenschapper de details van alle experimenten uit tot een lijst die in maart 2003 aan de Wetenschappelijke Adviesraad van de ESA en vervolgens aan de Programmaraad voor Human Spaceflight, Research and Applications van ESA werd voorgelegd. In deze fase vonden er nog regelmatig veranderingen in het geplande wetenschappelijke programma plaats. Zo bleken enkele aanvankelijk geselecteerde experimenten toch te ingewikkeld te zijn om in zo n korte tijd ontwikkeld te worden. In maart 2003 stond de lancering van DELTA nog voor oktober van datzelfde jaar gepland, wat dus betekende dat de meeste goederen die met de Progress mee zouden gaan al voor de zomer gereed moesten zijn. Er konden echter ook hier en daar nog gaatjes in het programma worden gevonden waarvan geïnteresseerde wetenschappers gebruik konden maken. Na goedkeuring van de redelijk definitieve lijst werd er hard gewerkt aan de voorbereiding van de experimenten. In mei 2003 werd de zogenaamde Integration Preliminary Review voor de hele missie gehouden. Tijdens deze evaluatie werd de technische en wetenschappelijke voortgang van alle experimenten voor het eerst kritisch tegen het licht gehouden. Het is onvermijdelijk dat op zo n moment nog allerlei problemen bestaan. Voor de meeste experimenten is het gelukt om die problemen voor de volgende mijlpaal, de Integration Critical Review in augustus 2003, op te lossen, maar bij een aantal bleek dat er onvoldoende 32 RUIMTEVAART APRIL 2004

33 Soyuz lancering vanaf het Baikonur Cosmodrome met aan boord de ISS Expeditie 1 bemanning (31 oktober 2000). [NASA] tijd was om de vlucht nog te halen. Voor de meeste daarvan zijn gelukkig inmiddels alternatieve, latere vluchten gevonden. Vanaf augustus traden er nauwelijks nog veranderingen op in het vastgesteld wetenschappelijke missieprogramma en werd het meeste werk gedaan door het missie team (voor ieder experiment is iemand hiervan verantwoordelijk voor de implementatie), de industrie en uiteraard de wetenschappers zelf. Wel was er regelmatig overleg, zowel intern binnen ESA als met de Nederlandse missie manager, de betrokken RUIMTEVAART APRIL

34 ministeries, SRON en het NIVR. Uiteindelijk werden de experimenten ook in ESTEC getest, onder andere op een grote triltafel om na te gaan of de apparatuur wel tegen de heftige trillingen van een lancering bestand is. Ook werd bekeken of de experimenten geen gevaar kunnen opleveren voor de astronauten, bijvoorbeeld doordat ze gevaarlijke gassen in de lucht van het ruimtestation vrijlaten. Training Het hoofdkwartier van ESA s astronauten in Keulen is verantwoordelijk voor hun selectie en medische begeleiding. Het European Astronaut Centre, EAC, organiseert de training in de Verenigde Staten en Rusland en regelt het contact dat de astronauten met wetenschappers, technici en media hebben. In Sterrenstad, nabij Moskou, kreeg André uitgebreid les in de werking van zijn Soyuz capsule, de Russische modules van het ISS en de geheimen van de Russische taal. In Amerika moest er geleerd worden hoe alle systemen in de Amerikaanse ISS modules werken. Daarnaast moest ook het werken met de wetenschappelijke experimenten van de DELTA missie worden getraind. De vlucht is van relatief korte duur en daarom moet de bemanning de benodigde apparatuur goed kennen en er efficiënt mee kunnen omgaan. In ESTEC kreeg André samen met zijn Russische collega-kosmonauten en de reservebemanning daarom les in het uitvoeren van de experimenten aan boord van het ISS. Tijdens de missie Ook tijdens de vlucht speelt ESTEC een belangrijke rol in de DELTA missie. In het Erasmus gebouw bevindt zich een afsloten ruimte van waaruit alle activiteiten ten aanzien van de experimenten tijdens de vlucht gecoördineerd worden. Dit is het Payload Operations Coordination Centre (POCC). In deze ruimte komen alle gegevens van de experimenten en de communicatiesignalen tussen het ISS en de vluchtleiding centra, het Russische controlestation TsUP en het Amerikaanse controle centrum in Houston, binnen. De gegevens worden van hieruit verder gestuurd naar de Dutch Investigator Support Room (DISR) en het Mission Information Centre (MIC) in hetzelfde gebouw. De DISR is de ruimte waar vandaan de gegevens van de experimenten naar de verantwoordelijke technici en wetenschappers (Principal Investigators) worden gestuurd. Indien nodig kan het POCC het contact tussen de astronauten en de technici en wetenschappers in de DISR regelen. De formele procedure hierbij is dat André praat met zijn collega ESA astronaut Gerard Thiele. Hij is de Crew Interface Coordinator in het TsUP in Moskou die op zijn beurt in contact staat met ESA astronaut Reinhold Ewald (Payload Operation Manager) in het POCC. Ewald kan direct overleggen met de technische experts van alle experimentele instrumenten, die in de DISR aanwezig zijn. Deze technici kunnen indien nodig contact leggen met de wetenschappers die zich in de DISR of in hun eigen instituten bevinden. Indien de discussie erg wetenschappelijk wordt, kunnen de wetenschappers en André in uitzonderingsgevallen ook direct met elkaar communiceren. Het MIC dat met zijn consoles en Vidiwall iets weg heeft van een minicontrolestation, is bedoeld voor de media. Journalisten kunnen hier live beelden zien van de activiteiten in het ISS en ook direct de communicatie tussen de bemanning en de grond volgen. Het is de bedoeling dat in de aangrenzende hal de vliegende experimenten aan de media gedemonstreerd worden. In het Erasmus gebouw is verder nog een ruimte ingericht voor de ontvangst van officiële gasten als ministers en belangrijke ESA managers, waarin zij de belangrijkste gebeurtenissen kunnen volgen. Het nabij ESTEC gelegen Space Expo bezoekercentrum zal ook dienen als ontvangstplaats voor speciale gasten, maar is tevens toegankelijk voor het publiek. Daarnaast draagt ESTEC bij aan de diverse educatieve projecten die in verband staan met de DELTA missie, zoals informatievoorziening aan de jeugd via Internet en scholen en de studentenexperimenten die elders in deze Ruimtevaart beschreven worden. 34 RUIMTEVAART APRIL 2004

35 Het gebruik van de Microgravity Science Glovebox gedurende ESA Soyuz missies Ing. M.C.A.M. van der List en Ir. R.G.H.M Voeten Bradford Engineering B.V. Sinds de installatie van de Microgravity Science Glovebox (MSG) in het Destiny laboratorium in ISS is deze onderzoeksfaciliteit al door verschillende astronauten gebruikt. Hoewel de door ESA gefinancierde glovebox officieel eigendom is van NASA, hebben Europese ruimtevaarders gedurende twee Soyuz vluchten er experimenten in uitgevoerd. Bij deze missies werkte een Belgische en een Spaanse ESA astronaut met de MSG. Ook André Kuipers zal gedurende zijn vlucht de MSG gebruiken. Inleiding De MSG is een hermetisch afgesloten werkvolume met een inhoud van 250 liter. Dit werkvolume kan op onderdruk worden gebracht zodat experimenten geïsoleerd uitgevoerd kunnen worden vanuit de cabine waarin de astronauten verblijven. Ook beschikt de glovebox over temperatuurregeling en koelmogelijkheden (koudeplaat en ventilatie), waardoor de MSG uitermate geschikt is voor materiaalkundige experimenten die met verbranding of andere thermische verschijnselen te maken hebben. Het MSG werkvolume, een luchtsluis en de lade met videoregistratieapparatuur werden ontwikkeld en gebouwd door het in Noord- Brabant gevestigde Bradford Engineering, terwijl het Belgische Verhaert belangrijke onderdelen aanleverde. Hoofdaannemer van het MSG rek was Astrium in Bremen. De MSG is door ESA aan NASA geleverd als een van de tegenprestaties voor de lancering van het Europese Columbus onderzoeklaboratorium. In de december 2002 uitgave van Ruimtevaart verscheen al een uitgebreid artikel over de ontwikkeling en de bouw van de MSG. De MSG werd in juni 2002 door de spaceshuttle Endeavour tijdens missie STS-111 in de logistieke module MPLM Leonardo naar het ISS gebracht. Hoewel een Franse astronaut namens ESA aan boord was, had men tijdens het achtdaagse bezoek van de shuttle geen tijd om de nieuwe faciliteit te gebruiken. Pas toen de Endeavour vertrokken was kreeg de Expeditie-5 bemanning Frank de Winne voert hier een experiment uit in de MSG tijdens zijn verblijf in het ISS. [ESA] RUIMTEVAART APRIL

36 nieuwe materialen samengesteld worden die op aarde moeilijk te verwezenlijken zijn. COSMIC bestudeerde de evolutie van de samenstelling en de microstructuur van thermosresistente composieten en composieten met metaalmatrijs tijdens verbrandingprocessen. Hiermee hopen onderzoekers de karakteristieken en eigenschappen van materialen te verbeteren die industrieel worden vervaardigd door middel van synthese door verbranding. Pedro Duque werkt met het PROMISS experiment in de MSG. [ESA] de gelegenheid om de nieuwe glovebox te activeren en werden de eerste Amerikaanse experimenten gestart. ODISSEA Op 30 oktober 2002 vertrok vanaf de basis Baikonur in Kazachstan het ruimteschip Soyuz TMA-1 richting ruimte. Aan boord van de capsule was naast de Russische kosmonauten Sergei Zalyotin en Valentinovich Lonchakov, ook Belgisch tweede astronaut Frank de Winne. Twee dagen later koppelden zij aan het ISS, waarna een gezamenlijk programma van een week met de zittende Expeditie-5 bemanning werd uitgevoerd. De Winne voerde diverse experimenten uit die afkomstig waren van Belgische onderzoekers. Enkele daarvan werden in de MSG uitgevoerd en die worden hier beschreven. In het DCCO onderzoek werden de isotherme diffusiecoëfficiënten gemeten in ruwe oliën. Deze waarden zijn van belang bij het opstellen van modellen van stoftransport in complexe mengsels met verschillende componenten zoals ruwe oliën. Het Nanoslab experiment was een aanvulling op een ander onderzoek, ZEOGRID, dat buiten de MSG werd uitgevoerd. Het beoogde het onderzoek van de kristallisatie van zeolieten (een mineralengroep), die een belangrijke rol spelen in de petrochemische industrie als katalysators, absorbentia en sensoren. Door de meer langdurige experimenten in microzwaartekracht kunnen op basis van zeolieten CERVANTES Na het ongeluk met de Columbia werd de Soyuz TMA-2 vlucht in april 2003 gebruikt om de bemanning aan boord van het ISS af te lossen. Zodoende vloog de Spanjaard Pedro Duque pas op 18 oktober 2003 aan boord van de Soyuz TMA-3 naar het ISS, samen met de nieuwe Expeditie-8 bemanning. Duque, die zijn tweede ruimtevlucht maakte, voerde als tweede ESA astronaut enkele experimenten uit in de MSG. Tijdens de CERVANTES missie vervolgde Duque het door zijn voorganger opgestarte Nanoslab experiment. Hiervoor waren tussentijds door de Progress M1-10 nieuwe onderdelen naar het ruimtestation gebracht. Het PROMISS-2 onderzoek richtte zich op de groei van proteïnekristallen door middel van capillaire tegendiffusie technieken. De resultaten werden geregistreerd door middel van een digitale holografische microscoop die een driedimensionaal beeld opleverde. DELTA en verder Ook André Kuipers zal verschillende onderzoeken in de MSG uitvoeren, namelijk de HEAT en ARGES experimenten. Het HEAT experiment onderzoekt de warmteoverdracht in gegroefde warmtepijpen. In het ARGES experiment worden instabiliteit in plasmalampen nader onderzocht. Beide experimenten maken gebruik van de koelingcapaciteit die aanwezig is in de MSG glovebox om de gegenereerde warmte van de proefopstellingen af te voeren. Zie de artikelen verder in deze uitgave van Ruimtevaart voor meer achtergrondinformatie over deze experimenten. 36 RUIMTEVAART APRIL 2004

37 Biologische experimentenmodules van CCM Ir H.P. Willemsen CCM Het bedrijf CCM is meer dan 20 jaren betrokken bij ruimtevaartprogramma s, waarbij vele kleinere modules voor biologisch onderzoek zijn vervaardigd. Ook voor DELTA heeft CCM in samenwerking met wetenschappers van de universiteiten van Utrecht, Amsterdam en Wageningen onderdelen vervaardigd, die kort zullen worden beschreven Inleiding Sinds 1982 ontwikkelt en produceert de ontwikkelingsfirma CCM (Centre for Concepts in Mechatronics) in Nuenen experimentele onderdelen (units of modules) voor het uitvoeren van biologische experimenten tijdens ruimtevluchten. Inmiddels zijn er 18 ruimtevluchten geweest, waarin units van CCM werden gebruikt. Acht spaceshuttle missies, vijf sondeerraket vluchten, vier vluchten met een Russische satelliet en een Soyuz missie. De eerste vlucht was de Spacelab D-1 missie van eind 1985 met Wubbo Ockels, de voorlaatste was de Belgische vlucht van Soyuz in oktober 2002 met Frank de Winne. Ook op de tragisch geëindigde STS-107 spaceshuttle missie, was een groot aantal CCM plungerbox modules aanwezig. Voor de nabije toekomst staan weer twee vluchten gepland. Dit zijn de DELTA missie met André Kuipers en de MASER-10 sondeerraket missie in maart In dit artikel zal worden ingegaan op de diverse aspecten van het ontwikkelen, produceren en kwalificeren van hardware voor biologische experimenten in ruimtevluchten, in het bijzonder voor de experimenten in DELTA. Biologische experimenten in de DELTA missie CCM levert de hardware voor vier biologische experimenten tijdens de DELTA missie, namelijk voor ACTIN, KAPPA, TUBUL en FLOW. Bij het ACTIN experiment van de Universiteit van Utrecht onderzoekt men het cytoskelet, een eiwitstructuur in dierlijke cellen, die reageert op het toedienen van een groeifactor. In gewichtloosheid is deze reactie anders dan op aarde. Bij het KAPPA experiment van het AMC te Amsterdam worden bloedmonsters in gewichtloosheid blootgesteld aan bacteriën. Hierop volgt een reactie van het immuunsysteem. Dit systeem wordt verzwakt bij afwezigheid van zwaartekracht. Bij het TUBUL experiment van de Universiteit van Wageningen wordt bekeken wat de invloed is van de zwaartekracht op de vorming van de interne structuur in cellen van een tabaksplant. Deze structuur is van vitaal belang bij de groei en de ontwikkeling van de plant en wordt beïnvloed door gewichtloosheid. Het FLOW experiment van de Vrije Universiteit te Amsterdam gaat over botafbraak onder gewichtloze omstandigheden. De botgroei vermindert bij astronauten omdat het skelet niet wordt belast. De plungerbox modules van CCM De plungerbox module is een gesloten eenheid, waarin de experimentator zijn culturen of proefmonsters kan aanbrengen, samen met een aantal voorraadvloeistoffen. Deze worden dan op vooraf bepaalde tijdstippen automatisch naar het cultuurcompartiment gepompt en vervangen dan de daar aanwezige vloeistof. Elke unit heeft zes voorraad compartimenten van elk één milliliter en één of twee cultuurcompartimenten, ook met elk één milliliter inhoud. Bij het eerste type unit kan de vloeistof in het cultuurcompartiment zes maal worden ververst. Bij twee cultuurcompartimenten kan elk compartiment verbonden zijn met drie voorraadcompartimenten, of het ene met vier en het andere met twee. De vloeistoffen in de voorraadcompartimenten worden naar het cultuurcompartiment gepompt door middel van een plunger, RUIMTEVAART APRIL

38 Als onderdeel van zijn ruimtevlucht zal André Kuipers een uitgebreid pakket van grotendeels Nederlandse wetenschappelijke en technologische experimenten uitvoeren. Deze missie wordt mogelijk gemaakt door de ministeries van EZ en OC&W. Hier krijgt André, tijdens de persconferentie op 5 december 2003, de felicitaties van minister van der Hoeven. [ESA] die bewogen wordt door een voorgespannen veer. Deze veer wordt tegengehouden door een kunststof draad, die door middel van een elektrische gloeidraad kan worden doorgesmolten op commando van een elektronische besturingseenheid, waarin de gewenste tijdlijn is geprogrammeerd. De inhoud van de diverse compartimenten wordt door de experimentator bepaald. Gewoonlijk worden de culturen in leven gehouden in kweekmedium, dat gedurende de vlucht een aantal malen ververst wordt. Op het gewenste tijdstip worden de culturen chemisch gefixeerd, zodat ze achteraf in het laboratorium kunnen worden geanalyseerd. In bijgaande figuur is een opengewerkt model van een unit getekend, waarin te zien is hoe de vloeistoffen stromen en hoe de diverse compartimenten er ongeveer uit zien. De cultuurcompartimenten zijn bewust ondiep gehouden met een relatief groot oppervlak, dat afgedekt kan worden met een gas doorlaatbare folie. Dit type wordt vaak gebruikt, omdat veel culturen zuurstof en koolzuurgas moeten kunnen uitwisselen met de omgevingslucht. Elk experiment is weer anders. De plungerbox modules worden aangepast aan de wensen van de biologen. Er wordt rekening gehouden met de behuizing, waarin de modules worden ondergebracht met het besturingsysteem. In de DELTA vlucht worden de modules in zogenaamde type 1-E containers ondergebracht. Dit zijn kleine doosjes (20 x 40 x 80 mm inwendig), waarin precies één unit past. Elke unit is voorzien van eigen besturingselektronica. Voor de experimenten ACTIN en KAPPA wordt een plungerbox module gebruikt die bestaat uit twee gesloten cultuurcompartimenten, die elk verbonden zijn met drie voorraadcompartimenten. Boven op de module bevindt zich de besturingselektronica, die verbonden wordt met de connector van de type 1-E container. Zodra het systeem op spanning komt, gaat de tijdlijn lopen en worden de plungers geactiveerd op de door de experimentator gewenste tijdstippen. Het ACTIN experiment duurt zeven uren, terwijl KAPPA slechts een half uur duurt. De celculturen van het TUBUL experiment hebben gasuitwisseling met de omgevings- 38 RUIMTEVAART APRIL 2004

39 lucht nodig om te kunnen groeien, omdat de tijdsduur van dit experiment veel langer is (zes dagen) dan van de andere experimenten. Daarom zijn de cultuurcompartimenten van deze units voorzien van een gas doorlatend membraan. CCM heeft speciaal voor TUBUL een activator unit gebouwd, waarop twee type 1 containers van TUBUL kunnen worden gemonteerd. De astronaut kan op een vroeg tijdstip na de lancering de experimenten in deze units starten. Voor het FLOW experiment worden units met twee cultuurcompartimenten gebruikt. Het cultuurcompartiment werd aangepast vanwege de gewenste doorstroomsnelheid van het medium. In elk compartiment werd een NO-sensor ingebouwd. Deze meet continu de concentratie van stikstof oxide in de vloeistof. Dit is een belangrijk gegeven voor de biologen. De elektronica is anders dan bij de standaard units. Hierin zit namelijk ook een uitneembaar geheugenkaartje waarop alle experimentgegevens komen. Dit kaartje wordt later op aarde geanalyseerd. De KUBIK faciliteit De bovenvermelde kleinere biologische containers worden in de grote (36,6 cm) KUBIK faciliteit geplaatst, die ook voor de juiste temperatuurregeling zorgt. Er zijn twee van deze incubators gebouwd, waarvan er één voorzien is van een interne structuur met een 1-g centrifuge. Hierin kunnen 24 type 1- E containers geplaatst worden, in drie groepen: 8 stuks op de centrifuge en 2 x 8 stuks als microzwaartekracht experiment. In de andere incubator worden containers alleen op temperatuur gehouden. De astronaut moet op de gewenste tijdstippen deze incubators instellen op de juiste temperatuur en de experiment containers erin aanbrengen en na afloop van het experiment er weer uitnemen. De aanmaak van de units, testen en assistentie van de gebruikers CCM heeft samen met de wetenschappers diverse proefmodellen ontwikkeld alvorens de vluchtwaardige modules te maken. Er zijn handbediende plungerbox modules gemaakt, die ook bij de DELTA missie worden gebruikt om gelijktijdig met het vluchtexperiment een grond controle-experiment in uit te voeren. Daarnaast zijn zogenaamde dummy units gebouwd die werden gebruikt voor systeemtesten met de KUBIK en voor de training van de astronauten. CCM was ook betrokken bij een groot aantal tests, waaronder triltesten met de vluchthardware gevuld met biologische materialen en diverse testen om de veiligheidseisen aan te tonen. Ten slotte zal CCM wetenschappers en ESA assisteren voor, tijdens en na de missie. Als de plungerbox modules door de biologen zijn gevuld met biologisch materiaal, worden deze door CCM geïnspecteerd en ingebouwd in de type 1-E containers en elektrisch doorgemeten, voordat ze worden afgeleverd voor de vlucht. Na afloop van de missie worden de units ook weer door CCM uitgebouwd en gecontroleerd, voordat ze overhandigd worden aan de biologen. André Kuipers beproeft modules die zijn vervaardigd door CCM en die in de KUBIK faciliteit worden geplaatst. [CCM] RUIMTEVAART APRIL

40 André Kuipers Arts, wetenschapper en astronaut Drs. E. Laan Op 19 april is het dan zover. De brullende raketmotoren van een Soyuz raket zullen Nederlands eerste kosmonaut, André Kuipers, van de kale steppen van Kazachstan naar het International Space Station (ISS) brengen. Een jarenlange voorbereiding op deze vlucht zal dan haar vruchten afwerpen voor de geboren Amsterdammer. In onze hoofdstad kwam hij op 5 oktober 1958 ter wereld op de 2e Kattenburgse Dwarsstraat. Vanaf zijn twaalfde jaar realiseerde André zich dat de ruimte naar hem lonkte en begon een bewustwording te ontwikkelen om deze ruimte te gaan ontdekken. André behaalde het Atheneum diploma aan de Van der Waals scholengemeenschap (nu Amstel college) in Hierna begon hij met de studie geneeskunde aan de Universiteit van Amsterdam. Zijn ruimtevaarderswens broeide maar zijn stellige overtuiging dat zijn ogen niet goed genoeg waren voor het ruimtevaardersvak waren een rem op zijn ambities. Tot grote verbazing en opluchting ziet hij astronauten met bril op in de ruimte in de jaren tachtig, onder meer de Nederlandse eerste astronaut Wubbo Ockels, werkend in een spaceshuttle. Dit was letterlijk en figuurlijk een eye-opener voor André. Tussen de co-assistentschappen van zijn medische opleiding en het drukke studentenleven door, participeert André in onderzoeken op de evenwichtsafdeling van het Academisch Medisch Centrum in Amsterdam. Na zijn studie vervult André zijn dienstplicht als officier bij de Afdeling Luchtvaart Geneeskunde van de Koninklijke Luchtmacht en doet hij onderzoek naar ongevallen en incidenten met straaljagers als gevolg van ruimtelijke desoriëntatie bij vliegers. Hierna is André werkzaam op de afdeling Onderzoek en Ontwikkeling van het Aeromedisch Instituut te Soesterberg (voormalig Nationaal Lucht- en Ruimtevaart Geneeskundig Centrum). Hij is daar betrokken bij onderzoek naar ruimteziekte, contactlenzen voor vliegers, evenwichtsfunctie, bloeddruk en hersendoorbloeding, zowel in gewichtloze omstandigheden in speciale vliegtuigen als tijdens hoge versnellingen in de centrifuge. André Kuipers gedurende een training overleven in de winter in Rusland. [ESA] 40 RUIMTEVAART APRIL 2004

41 André Kuipers traint met de MSG in Houston. [ESA] In september 1990 komt zijn roeping dichterbij als hij een advertentie ziet staan voor een nieuwe lichting astronauten. 500 ambitieuze Nederlandse mannen en vrouwen zijn concurrent voor de baan van zijn leven. Helaas moet iedereen het onderspit delven in het politieke geweld van de grote landen binnen het Europese Ruimtevaartagentschap ESA zoals Frankrijk, Duitsland en Italië. In 1992 wordt duidelijk dat er geen nieuwe Nederlandse kandidaat zal zijn om zich bij het Europese astronautencorps te voegen. André wordt echter wel opgemerkt door de sollicitatiecommissie onder leiding van het NIVR, en op de lijst gezet voor de volgende ronde. Een onzekere tijd begint waarin André doorgaat om zijn droom te verwezenlijken. Hij raakt betrokken bij experimenten voor de Duitse Spacelab missie en een missie aan boord van het toenmalige Russische ruimtestation MIR. In oktober 1998 komt er een tweede ronde om nieuwe astronauten aan te trekken. Dit keer speelt Nederland haar politieke kaarten goed uit en wordt André geselecteerd als astronaut en in juli 1999 voegt hij zich officieel bij het Europese astronautenteam, dat als thuisbasis het Europese Astronautencentrum (EAC) in Keulen heeft. In 2002 verdient hij een plaats als boordingenieur op een Soyuz missie die in oktober 2003 zal plaatsvinden. Hij verhuist van Ouderkerk aan de Amstel naar Sterrenstad vlak bij Moskou om intensieve trainingen te ondergaan. De weekends gebruikt hij om terug te reizen naar zijn vrouw, twee kinderen, vrienden en familie. De training ervaart André als behoorlijk intensief. Het onderdeel dat André het moeilijkste vindt, zijn de oriëntatiepunten en referentiesystemen van de Soyuz en de lessen over baanmechanica. Inmiddels is hij een expert in quaternionen een wiskundige methode om posities, standen en snelheden van objecten te beschrijven en haalt zijn kosmonautexamens met glans. Na de dramatische gebeurtenis met de spaceshuttle Columbia op 1 februari 2003 wordt André s vlucht op on-hold gezet. Weer onzekerheid. Wat gaat er gebeuren met het ISS? De Soyuz, op dat moment de enige mogelijkheid om bemanningen naar het ISS te vervoeren, zal moeten worden ingezet om de permanente bemanning van drie naar twee te brengen. De vluchten van de Spaanse astronaut Pedro Duque en André Kuipers gaan opschuiven, maar niet lang daarna komt de opluchting als André s vlucht slechts met zes maanden wordt vertraagd. Aan de vooravond van zijn vlucht kijkt André met enthousiasme uit naar de dagen die komen gaan. Hij houdt van avontuurlijke RUIMTEVAART APRIL

42 reizen en is ondermeer in Suriname en Marokko geweest. Hij houdt ervan om nieuwe culturen te ontmoeten en te ervaren. Maar een reis naar het ISS is toch andere koek. Niet alleen doordat het natuurlijk geen vakantie is, hij moet immers tien dagen lang keihard werken en het vuur uit zijn sloffen zweven, maar ook omdat het de mooiste reis is die een mens op dit moment kan maken. Hij hoopt dat hij in de toekomst nog een vlucht kan gaan maken. Hij fantaseert al over een lange vlucht van een half jaar aan boord van het ISS, misschien wel gebracht door de spaceshuttle die mogelijk in 2005 weer zal gaan vliegen. Dan hoopt hij ook op het maken van een ruimtewandeling. Die heeft hij al tijdens zijn training in het zwembad van Sterrenstad geoefend als onderdeel van de basisvaardigheden als kosmonaut. Na zijn vlucht blijft hij in ieder geval in ESA verband actief met het ondersteunen van experimenten aan boord van ISS. André legt ook uit dat een kosmonaut een behoorlijke actieve rol heeft tijdens de vlucht met de Soyuz naar het ISS. Het is niet alleen maar erg krap zitten en je door de g- krachten heen en weer laten slingeren, maar ook actief alle systemen in de gaten houden en beslissingen nemen die van levensbelang kunnen zijn. Door de vele back-up systemen aan boord van de Soyuz voelt André zich behoorlijk veilig. De meeste systemen zijn dubbel uitgevoerd, de kritische systemen zelfs driedubbel. De terugkeer naar aarde kan bijvoorbeeld met een aantal opties waarvan de ballistische versie de heftigste is. Bij een ballistische terugkeer valt de Soyuz gewoon recht naar beneden en krijgen de kosmonauten acht g voor de kiezen in plaats van de normale drie g. Dit gebeurde overigens bij een Soyuz terugkeer in juni 2003 doordat het geleidingssysteem van de Soyuz het liet afweten en vervolgens de ballistische terugkeer initieerde. De kosmonauten Nikolai Budarin, Kenneth Bowersox en Donald Pettit kwamen redelijk misselijk en geschrokken uit de smeulende Soyuz capsule gekropen, maar brachten het er gelukkig goed vanaf. De metgezellen op de vlucht naar het ISS kent André, gek genoeg, pas net. Het zijn de Amerikaan Michael Fincke en de Rus Gennadi Padalka die André vergezellen op Soyuz Expeditie 9. Dit tweetal vervangt het duo Leroy Chiao uit de VS en Valeri Tokarev uit Rusland. Volgens bronnen bij de Moscow Times zou de vluchtorganisatie deze stap hebben genomen omdat de Amerikaanse astronaut en Russische kosmonaut onverenigbare karaktereigenschappen bezitten. De officiële versie van de vluchtleiding luidt dat Michael Fincke al een tijd trainde met kosmonaut Gennadi Padalka en dat zij goed op elkaar ingespeeld waren terwijl André Kuipers in de Soyuz TMA simulator. [ESA] 42 RUIMTEVAART APRIL 2004

43 André Kuipers verlaat de Soyuz TMA simulator in Sterrenstad bij Moskou. [ESA] Leroy Chiao goed ingespeeld zou zijn op kosmonaut Sharipov. Dit tweetal is nu voorbestemd voor Soyuz expeditie 10. Leroy Chiao was overigens net een maand part of the crew omdat hij Bill McArthur moest vervangen vanwege medische omstandigheden. De medische problemen die hij had waren overigens al over op het moment van vervanging. De regels zeggen echter dat als je eenmaal iets onder de leden hebt gehad, je tot zes maanden daarna niet de ruimte mag betreden. Gelukkig voor Bill McArthur heeft hij ook al een plaatsje veroverd voor een van de volgende Soyuz vluchten. Twee weken voor de vlucht gaat de hele crew trouwens in quarantaine om griepjes en verkoudheden te voorkomen. Overigens wordt er al lang voor de vlucht zorgvuldig met de kosmonauten omgesprongen. Zo werd André ontraden om bijvoorbeeld op skivakantie te gaan in verband met het risico op blessures. In de toekomst zou André ook graag naar Mars gaan. De huidige plannen van ESA voorzien echter de eerste mens op Mars pas in 2030, 12 jaren na de pensioengerechtigde leeftijd van André. In het hypothetische geval dat hij nu zou mogen gaan, zou hij direct instappen omdat dit avontuur hem zeker lokt. Wel merkt hij op dat hij zijn familie en vrienden zou gaan missen en ze het liefst zou meenemen naar de Rode Planeet. RUIMTEVAART APRIL

44 DELTA Educatieve activiteiten Ir.R.A.C. Schonenborg en Drs. J.A. Wamsteker Gedurende de DELTA missie met de Nederlandse ESA astronaut André Kuipers zal er een compleet programma aan educatieve activiteiten worden uitgevoerd waarbij alle niveaus en leeftijdsgroepen aan bod komen. Het project Zeg eens ISS is uitgebreid aangekondigd bij scholen. Ook zal André aan boord van ISS een aantal educatieve experimenten uitvoeren waarbij scholieren en studenten zijn betrokken. Dit betreft bijvoorbeeld proeven met zaadjes van planten en met bacteriën in een brandstofcel. Kort zullen de projecten worden besproken. Het BugNRG experiment. [TU Delft] De studenten experimenten André Kuipers zal twee experimenten uitvoeren die zijn voorgesteld door universitaire studenten. Het BugNRG, uitgesproken als Bug Energy en het GraPhoBox experiment kwamen als winnaars naar voren in de competitie Deze competitie was georganiseerd door het Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschappen met als doel het promoten van wetenschappelijke en technische studierichtingen in Nederland. De beste inzending zou worden beloond met een vluchtmogelijkheid van het experiment tijdens de DELTA missie. Dit is de tweede keer dat studenten de kans krijgen hun eigen experimenten uit te laten voeren aan boord van ISS. Tijdens de Spaanse Soyuz missie in 2003 werden de Chondro en het Winograd experimenten uitgevoerd. Het programma, waarbij de ISS Utilisation Strategy and Education Office van ESA vluchtmogelijkheden aanbiedt aan studenten, is uniek. Na de selectie van de twee experimenten in november 2003, konden de twee groepen aan de slag om vluchtwaardige instrumenten te maken, waarbij ook aan de veiligheid moest worden gedacht. De studenten hadden de tijd tot februari 2004 om de apparatuur klaar te maken. Russische instanties moeten namelijk alles ruim tevoren goedkeuren. Het BugNRG experiment Studenten van de TU Delft en de universiteit van Utrecht, die het BugNRG experiment hebben voorgesteld, wilden twee eenvoudige bacteriële brandstofcellen testen in ISS. Het experiment bestudeert het effect van gewichtloosheid op de efficiëntie van deze brandstofcellen. De studenten verwachtten dat de bacteriële brandstofcellen in gewichtloze toestand beter zouden werken dan op aarde, waardoor de brandstofcel in de ruimte een hogere efficiëntie heeft. Elke brandstofcel is gekoppeld aan een printplaatje met daarop het apparaat dat wordt aangedreven, simpelweg gerepresenteerd door een weerstand. Door nu het voltage verschil en de stroom door deze weerstand over een tijdsverloop te meten, kan de efficiëntie van de brandstofcel bepaald worden. Tijdens de missie wordt elke meting elke 80 seconden uitgevoerd. Meetgegevens worden opgeslagen in een gegevensverzamelaar die aan het eind van de missie naar de aarde wordt teruggebracht. Op aarde kan dan vervolgens een identiek experiment uit worden gevoerd in een incubator waarvan het temperatuursverloop geprogrammeerd kan worden. Op 44 RUIMTEVAART APRIL 2004

45 deze manier kan een, aan het ruimte experiment identiek, aards experiment worden uitgevoerd, maar nu dus in een 1 g omgeving waarbij de bacteriën naar verwachting minder actief zullen zijn. Het instrument moet goed beschermd worden daar de astronauten niet in aanraking mogen komen met vreemde stoffen. Daarom zitten de twee bacteriële brandstofcellen opgesloten in een kleine container die weer in een iets grotere container opgesloten zit, vergelijkbaar met een Russisch Matroushka poppetje. Het GraPhoBox experiment De GraPhoBox (Gravitropism Phototropism Box) is een experiment van een student van de universiteit van Utrecht, dat fototropisme (groeien naar een lichtbron) en gravitropisme (groeien in de richting van de zwaartekracht) in een plant onderzoekt. Beide systemen zijn belangrijk voor de ontwikkeling van planten en veel onderzoeken hebben de twee systemen dan ook al onafhankelijk van elkaar bestudeerd. Nooit zijn beide systemen echter geïntegreerd benaderd. Het doel van dit experiment is te ontdekken of er interactie bestaat tussen fototropisme en gravitropisme in de modelplant Arabidopsis thaliana en om de mate van interactie te bepalen. Vier verschillende soorten zaadjes (wild type, gravitropisme mutanten, fototropisme mutanten en dubbele mutanten) van de Arabidopsis thaliana zullen ontkiemen in de lichte en de donkere kamer in microzwaartekracht van ISS en in de normale zwaartekracht van de aarde. Groeirichtingen van spruiten en wortels zullen worden vastgelegd op foto s die later op aarde geanalyseerd worden. Statistiek zal dan moeten uitwijzen of de verwachte interactie daadwerkelijk bestaat. Simpelweg kan deze interactie als volgt worden beschreven: Weet een plant dat de spruit omhoog moet groeien wanneer deze plant enkel en alleen zwaartekracht voelt en niet door licht beschenen wordt? En weet een plant dat de wortel naar de tegengestelde richting moet groeien als waarvandaan het licht komt dat de plant beschijnt als er geen zwaartekracht aanwezig is? De GraPhoBox experimenteer faciliteit bestaat eigenlijk uit twee identieke boxen. Een van die twee wordt verlicht, de andere niet. In de verlichte box schijnt een LED door een mat staafje dat het licht diffuus verspreidt. Een eenvoudige elektronische schakeling zorgt ervoor dat het lichtniveau constant blijft wanneer de batterij langzaam leeg raakt. De zaadjes, ongeveer 350, worden aangebracht op een in een in een kunststof schaaltje gestolde Agar oplossing. Agar is een veel gebruikte voedingsbodem in plantkunde die waarschijnlijk het best vergeleken kan worden met gelatine pudding. Door het transparante karakter van Agar en het kunststof schaaltje, kunnen gedetailleerde foto s worden genomen van de wortels van de plantjes die zich tijdens de DELTA missie zullen ontwikkelen. Natuurlijk kunnen ook de spruiten van de plantjes gedetailleerd gefotografeerd worden aan het einde van de missie. De foto s worden na de missie gebruikt om de (gemiddelde) groeirichting van de spruiten en wortels te bepalen evenals de afwijking hiervan. Door middel van statistiek hoopt de onderzoeker zo de koppeling aan te kunnen tonen tussen gravitropisme en fototropisme. Omdat het GraPhoBox ruimte experiment in een temperatuur programmeerbare incubator in een 1 g omgeving zal worden uitgevoerd, zal een temperatuur sensor worden meegevlogen aan boord van ISS. De actie Seeds in Space voor scholieren Onder de titel Seeds in Space zullen leerlingen op aarde plantenzaadjes laten ontkiemen terwijl André in ISS precies hetzelfde doet. De leerlingen gaan met de astronaut onderzoeken in hoeverre licht en zwaartekracht van invloed zijn op de groeisnelheid en groeirichting van de kiemplantjes. Via een speciale televisie-uitzending vanuit de ruimte zal André aan het einde van zijn vlucht zijn bevindingen vergelijken met die in de klassen en/of bij de leerlingen thuis. Het nationale instituut voor ruimteonderzoek SRON nam, samen met het ruimte-experimentbureau DESC, het initiatief voor dit door het Ministerie van OCW financieel ondersteunde project. SRON coördineert overigens ook grotendeels de wetenschappelijke experimenten die André tijdens DELTA zal uitvoeren. RUIMTEVAART APRIL

46 André Kuipers krijgt informatie over het Seeds is Space experiment. [ESA] Seeds in Space richt zich vooral op leerlingen in groep 7 en 8 van de basisschool en op de basisvorming van het voortgezet onderwijs. Met het eind januari toegestuurde experimentpakket kunnen docenten het lesmateriaal beoordelen en afwegen of zij Seeds in Space kunnen inpassen in het lesprogramma. In totaal zijn er experimentpakketten besteld. Het experiment start met de notie van een ogenschijnlijke vanzelfsprekendheid. Bij ontkiemende plantjes groeien de worteltjes omlaag en de steeltjes omhoog. Maar hoe weten plantjes wat boven en beneden is? Groeien de steeltjes naar het licht toe of van de richting van de zwaartekracht af? En wat gebeurt er als je plantjes laat groeien zonder licht en zonder invloed van zwaartekracht? Met het lesmateriaal waarmee de kinderen in de weken voorafgaand aan de lancering van André aan het werk gaan, worden ze op het spoor van deze onderzoeksvragen gezet. Medio april zijn zij dan voorbereid voor het werkelijke ruimte-experiment. De onderzoeksvraag van Seeds in Space is in wezen dezelfde als die van GraPhoBox. De methode om de vraag te beantwoorden is alleen een stuk eenvoudiger en meer geschikt om door kinderen te laten uitvoeren. Na afloop van DELTA zal het interessant zijn om de twee experimenten te vergelijken. Video-3 voor scholieren Video-3, dat deel uitmaakt van een reeks educatieve videosessies, zal gebruikt worden om een DVD met videobeelden te produceren die aangewend kunnen worden om scholieren in de leeftijdcategorie van 12 tot 18 jaar voor ruimtevaart te interesseren en te inspireren. Tijdens Video-3 zullen er educatieve demonstraties worden gegeven op het gebied van de fysiologie. Er zal worden gedemonstreerd wat de invloed van gewichtloosheid is op het menselijke lichaam. Bloeddruk, bloedcirculatie, vloeistof verschuiving en (des)oriëntatie zullen aan bod komen. Alle Video-3 activiteiten zullen op aarde worden herhaald om de verschillen tussen het menselijke lichaam in normale zwaartekracht en gewichtloosheid te visualiseren. Ook zal de uitvoering van twee andere experimenten, CIRCA (manier van het meten van bloeddruk) en SUIT (experiment dat zich richt op oriëntatie in gewichtloosheid) gefilmd worden in het kader van Video-3. De DVD met al deze videosessies zal gedistribueerd worden onder alle lidstaten van ESA. De actie Zeg het ISS voor lagere scholen Voor leerlingen van lagere scholen is er de actie Zeg het ISS gestart. Tijdens deze actie kunnen kinderen van Nederlandse en Vlaamse basisscholen vragen stellen aan André Kuipers wanneer deze aan boord van ISS over Nederland vliegt. Dit radiocontact zal plaatsvinden via ARISS (Amateur Radio on ISS) radio waarvoor het Agentschap Telecom een speciale vergunning heeft verleend aan onze astronaut. Ook zal er een speciale vergunning worden verleend voor de leerlingen zodat deze, zonder directe interventie van een officiële radio amateur, zelf direct met André Kuipers kunnen communiceren. De ARISS radio bevindt zich in de Zvezda module van ISS en kan, afhankelijk van de omloopbaan, tot ongeveer tien minuten per keer, met amateur radio installaties in Nederland communiceren. De selectie van schoolklassen gebeurde via een competitie. Schoolklassen konden zich tot 12 maart aanmelden via een daarvoor opengestelde webpagina. Om mee te dingen naar de mogelijkheid om met André te praten moest een opstel over een astronaut en ISS geschreven worden (10-12 jaar) of diende er een tekening van een astronaut of ISS gemaakt te worden (6-9 jaar). Vier winnende schoolgroepen zullen worden uitgenodigd om in april bij Space Expo in Noordwijk live met André te komen praten. Elke scholier zal dan de kans krijgen om een korte vraag aan André te stellen die deze dan zal beantwoorden. 46 RUIMTEVAART APRIL 2004