21-12-2011
Gewichtloos proefkonijn
Kuipers gaat onderzoek doen, ook aan zichzelf
Door: Bruno van Wayenburg
André Kuipers is gisteren de ruimte in geschoten tijdens een spectaculaire nachtlancering in Baikonoer, Kazachstan. Maar morgen moet hij al aan het werk met wetenschappelijke experimenten, het officiële doel van het Internationale Ruimtestation. Een overzicht van proefjes.
Lancering Kuipers
© Sander Koenen
De lancering van vanmiddag.Gesis, een kleine vlam, en dan opeens is er een helgeel licht onder de Sojoez-FG-raket waar André Kuipers en zijn collega's Oleg Kononenko en Don Pettit in zitten, slechts negenhonderd meter van het toeschouwersplatform. Het geruis zwelt aan tot een razend gebulder, de Sojoez komt los, en stijgt, en stijgt.
In de ijskoude Kazachtaanse nacht verlichten de vlammen de sneeuw heldergeel. Je zou kunnen lezen bij het licht, maar iedereen kijkt naar de raket, die hoger en hoger stijgt, en verandert van een kleine zon tot een sterretje. 180...190... zegt een stem in het Russisch, 'de vlucht is normaal'...
Pas na ruim acht minuten wordt er geapplaudisseerd. Dan zijn de drie rakettrappen afgeworpen, en is het Sojoez-ruimtevaartuig in een baan om de aarde gebracht. De lancering is geslaagd. Nog twee dagen lang moeten de mannen gestaag de vorm van hun baantje om de aarde aanpassen om vrijdag netjes bij het Internationaal Ruimtestation aan te meren, maar terugvallen zullen ze nu niet meer.
Kuipers krijgt het druk, de komende weken. Hij moet wennen aan het gewichtloze leven in het ruimtestation, waar alle spullen altijd wegzweven en kwijtraken. Er moet worden uitgeruimd, ingeruimd en opgeruimd, en wetenschappelijke experimenten, de bestaansreden van het ruimtestation, moeten worden ingezet.
Vers bloed
Het eerste meteen al op de dag van aankomst. 'André moet echt meteen aan de gang voor proef KUBIK-ROALD2', zegt Hilde Stenuit, die namens de ruimtevaartorganisatie ESA verantwoordelijk is voor Kuipers' wetenschappelijke programma, dat op vijf minuten precies is ingeroosterd. 'Hij moet aan de gang met bloed van vrijwilligers, geprikt op de dag van lancering. Na langer dan twee dagen gaat dat dood.'
Het is inmiddels bekend dat gewichtloosheid het immuunsysteem aantast, maar hoe dat precies in zijn werk gaat niet. KUBIK-ROALD2 test het vermoeden dat de neurotransmitter anandamide een rol speelt, een stof die signalen tussen zenuwuiteinden overbrengt.
Kuipers, arts van opleiding, heeft ook veel andere biologische en medische proeven in zijn pakket. Het ontbreken van zwaartekracht heeft een flinke invloed op het menselijk lichaam: het immuunsysteem verzwakt, astronauten verliezen spier- en botmassa - zeker als ze niet trainen - en de vloeistofhuishouding verandert doordat het bloed niet meer naar beneden getrokken wordt.
Astronautenlook
Vandaar de typische astronautenlook: een gezwollen gezicht en 'dunne beentjes'. De bloeddruk neemt af, en na terugkomst kunnen langdurige ruimtevaarders niet lang staan zonder flauw te vallen. Ook de energiehuishouding en het ruimtelijk oriëntatievermogen veranderen. Het zijn allemaal zaken waarvoor Kuipers zijn eigen proefkonijn zal zijn.
Het enige door Nederland geleide experiment is een onderzoek naar ruimtehoofdpijn. 'Astronauten zijn niet zomaar gezonde mensen, maar echt supergezonde mensen', zegt Alla Vein, hoofdpijnonderzoekster aan het Leids Universitair Medisch Centrum.
Op aarde hebben ze zelden tot nooit hoofdpijn, maar boven kan dat veranderen. Twaalf van de zeventien astronauten die Vein en collega's ernaar vroegen, had tijdens een verblijf hoofdpijn gehad, soms zelfs zo zwaar dat het voelde 'alsof mijn hoofd explodeert'. Een astronaut kreeg de aanval tijdens een ruimtewandeling.
Niet door ruimteziekte
Maar hoe komt dat? Een bekend verschijnsel onder ruimtevaarders is ruimteziekte, een plotseling opkomende misselijkheid en duizeligheid. Daar werd de ruimtehoofdpijn aanvankelijk ook mee geassocieerd. Maar uit de inventarisatie van Vein bleek dat de samenhang maar dunnetjes was. 'We vermoeden dat het zelfstandig verschijnsel is.'
Bepaald een nijpend gezondheidsprobleem is astronautenhoofdpijn natuurlijk niet, met nog geen honderd actieve astronauten ter wereld, die er bovendien ook nog nauwelijks last van hebben. 'Maar ons doel is om deze hoofdpijn te classificeren, en uiteindelijk ook beter te begrijpen', zegt Vein.
Daarvoor moeten Kuipers en op den duur nog twintig astronauten elke week in het ISS een hoofdpijnvragenlijstje afwerken: hoe lang, wanneer en waar, en ook hoe erg? 'Dat is preciezer dan ons eerdere, terugblikkende onderzoek', zegt Vein. 'Je kunt bijvoorbeeld terugkijken naar andere parameters van het ISS, zoals de zuurstof en CO2-concentratie.'
Het zou kunnen dat de hoofdpijn samenhangt met de toegenomen vloeistofdruk in het hoofd, al is dat niet zeker. Vein: 'uiteindelijk willen we hiermee ook andere hoofdpijn beter begrijpen, en daarmee patiënten helpen.'
Natuurkunde in het pakket
Maar Kuipers is niet alleen getraind voor proeven door Kuipers op Kuipers, in zijn pakket zitten natuurkunde. Sommige van de proeven maken gebruik van het gebrek aan gewichtloosheid in het ISS, een omstandigheid die op aarde moeilijk langdurig na te bootsen is. Bijvoorbeeld Geoflow-2, een model-aarde in een baan om de aarde.
'Geoflow-2 bestaat uit twee metalen bollen met daartussen een visceuze olie', zegt stromingsleer-expert Christoph Egbers van de Technische Universiteit van Cottbus in Duitsland. 'Tussen de bollen is een temperatuurverschil, en ook een elektrische spanning van 6000 volt.'
Die spanning wekt in de olie een soort nep-zwaartekracht in de richting van de binnenste bol op, net zoals dat binnenin de aarde het geval is. Onder de aardkorst zit vloeibaar magma, dat langzaam stroomt onder invloed van de zwaartekracht en temperatuursverschillen. Die stromingen veroorzaken het aardmagnetisch veld, en ze hebben invloed op het schuiven van de aardplaten. Goed begrepen zijn zulke stromingen nog lang niet, vandaar de proef, die computerberekeningen moet aanvullen.
'We simuleren het magma met nonanol, een soort olie die snel stijver wordt naarmate hij kouder wordt', zegt Egbers. De elektrische spanning, die om veiligheidsredenen niet hoger mag dan zes kilovot, levert een nepzwaartekracht op die overeenkomt met een tiende van de echte versie. De nep-aarde kan, net als de echte, zelfs draaien, wat de vergelijkingen nog ingewikkelder maakt met middelpuntvliedende krachten en Corioliskrachten. Dat zijn de krachten die in de atmosfeer de draaikolkvorm van orkanen veroorzaken, die ook onder de aardkorst een rol spelen.
Alleen als het mis gaat
'We onderzoeken de vloeistof als hij bijna turbulent wordt, zoals in de aarde ook wel gebeurt', zegt Egbers. De proef, die nu al aan boord is, kan volledig op afstand bediend worden, verzekert hij. 'Hij zit achter een instrumentenpaneel in het ruimtestation, en jullie astronaut hoeft er eigenlijk alleen iets aan te doen als er iets mis gaat.'
De robotisering rukt op, ook in de bemande ruimtevaart, en voor veel andere fysische proeven hoeft Kuipers maar weinig te doen, behalve in noodgevallen. Dat geldt ook voor de proef SOLAR, die aan de buitenkant van het station bevestigd is om precieze metingen te maken van de elektromagnetische straling van de zon, die van belang zijn voor klimaatmodellen.
Al sinds de Apollo-vluchten in de jaren zestig melden astronauten plotselinge lichtflitsen te zien. Aanvankelijk waren ze bang voor gek versleten te worden, maar later werd duidelijk dat het om kosmische straling ging, energetische deeltjes die dwars door het hoofd van de ruimtevaarder schoten en zijn netvlies beroerden.
Schadelijk zijn de flitsen zelf niet, maar op de lange duur is ioniserende straling wel kankerverwekkend, en dus een gezondheidsrisico. Met de proeven TRITEL en DOSIS-3D wordt het stralingsniveaus in het ISS in kaart gebracht, en met met de proef Altea-Shield kan Kuipers er ook wat aan doen. 'Daarbij gaat hij onderzoeken hoe verschillende materialen tegen hoge en lage energetische straling beschermen, zodat we ze kunnen gebruiken als schild', vertelt Stenuit van de ESA. 'Het gaat om de stralingssoorten die we op aarde moeiljk kunnen nabootsen. Maar als we ooit naar Mars willen, moeten we onderzoeken hoe we ons daartegen kunnen beschermen.'
Of we dat allemaal willen is de vraag, maar zolang er mensen als André Kuipers zijn, moeten ze te vinden zijn. Al was het maar om op Mars proefjes te doen.
(Wetenschap24.nl)