Bemande ruimtevaart is duur en nog steeds een beetje gevaarlijk. Toch plannen de VS, Europa en zelfs China en India na meer dan vijftig jaar opnieuw mensen op de maan. Frank De Winne, voormalig astronaut en nu verantwoordelijk voor ruimte-exploratie bij het opleidingscentrum van ESA, legt uit waarom astronauten belangrijk zijn voor de toekomst van onze planeet.
In 2021 lanceerde ESA, het European Space Agency, een oproep voor kandidaat-astronauten, de eerste sinds 2008. Twintigduizend mensen wilden naar de ruimte, en maar zes waren uitverkoren voor de eerste astronautenklas. Bij hen is onze landgenoot, de breinwetenschapper Raphaël Liégeois. De vorige Belgische astronaut, Frank De Winne, is tegenwoordig onder andere verantwoordelijk voor de publiekswerking van het EAC – het trainingscentrum voor de Europese astronauten – en werkt mee aan onderzoek naar de gezondheid van iedereen die de ruimte in gaat of ging.
Op een ijzige januaridag krijgt Eos van De Winne een rondleiding in het opleidingsgebouw tussen de grijze industrie van de Keulse voorstad, en in de LUNA-faciliteit, dat de omstandigheden op de maan simuleert. Bij de zes astronauten van de eerste klas zijn opvallend veel wetenschappers, terwijl vijftig jaar geleden vooral piloten, zoals De Winne zelf, astronaut werden. Wordt er nu op wetenschappelijke kennis geselecteerd? ‘We zoeken vooral mensen met operationele vaardigheden, mensen die een experiment kunnen uitvoeren. Astronauten moeten vooral met hun handen werken.’
Waarom stuurt ESA – nu, na al die jaren – mensen de ruimte in?
‘Er zijn vier officiële doelen. Het eerste is wetenschap. Kennis vergaren. Het tweede is innovatie. Voor ruimte-exploratie moeten we nieuwe systemen ontwikkelen. Die innovatie brengt ook letterlijk op voor de maatschappij. Voor elke euro die we investeren in ruimtevaart, krijgt de gemeenschap drie tot vier euro terug in jobs en in kennis. In bepaalde sectoren, zoals telecommunicatie, is het meer, zowat zes op een. Voor bemande ruimtevaart is dat een beetje minder, maar zelfs daarvoor is dat twee tot drie op een.’
‘De derde reden is internationale samenwerking. Het ruimtestation is een voorbeeld van hoe landen met tegengestelde ideeën kunnen samenwerken. De ruimtevaart heeft altijd wat boven de politiek gestaan. Zelfs in de Koude Oorlog is er Apollo-Sojoez geweest. Vandaag is het natuurlijk een beetje moeilijk met Rusland, maar in de toekomst willen we verder samenwerken.’
‘En het vierde aspect is inspiratie. Raphaël zit daar aan zijn computer. Hij heeft gekozen voor studies in de wetenschap, omdat hij geïnspireerd was door mijn vlucht twintig jaar geleden. Nu is hij zelf astronaut en wetenschapper. Ook als mensen niet in ruimtevaart gaan werken is het belangrijk dat ze interesse hebben in technologie, in wetenschap, want dat is de enige manier waarop we de crisis van vandaag gaan oplossen. We moeten technologie ontwikkelen om ons te beschermen tegen de effecten van klimaatverandering, en daarom moeten we jonge mensen inspireren om voor die technologische en wetenschappelijke richtingen te kiezen. Voor mij is de ruimtevaart een van de manieren waarop je dat kan doen.’
Omdat het tot de verbeelding spreekt?
‘Het spreekt enorm tot de verbeelding.’
‘Het ruimtestation is een voorbeeld van hoe landen met tegengestelde ideeën kunnen samenwerken’
Hoe komt het dat ruimtevaart de innovatie zo sterk aandrijft?
‘In die extreme omstandigheden in de ruimte ben je het verplicht om oplossingen te zoeken. De gemakkelijke oplossing, olie of gas uit de grond halen, is er niet. We willen bijvoorbeeld naar de maan op een duurzame manier, daar gedurende maanden opereren en wetenschappelijk onderzoek doen. Hoe ga je daar je energie opwekken? Hoe geraak je aan zuiver water op de maan? Meer dan een miljard mensen hebben vandaag op onze planeet niet dagelijks toegang tot zuiver drinkbaar water. De zaken die we dus moeten oplossen als we aan ruimte-exploratie doen, kunnen we op aarde inzetten. We recyclen negentig procent van het water aan boord van het ruimtestation. In onze steden zouden we dat ook veel meer moeten doen.’
‘Veel van de innovatie in de ruimte hangt samen met het feit dat je een mens in leven moet houden.’
Astronauten zijn dus ook een beetje proefkonijnen?
‘Ze zijn natuurlijk ook proefkonijnen. We doen veel medische wetenschap op onszelf in de ruimte. Je kan een sonde naar de maan sturen. Als die crasht, en dat is al gebeurd, dan is dat één dag in het nieuws. Mensen kan je niet laten crashen op de maan. Die moet je trouwens ook in leven houden, daarvoor hebben ze zuurstof en warmte nodig. Als er wat minder elektriciteit is en de sonde bevriest, pech, maar dat wil je niet met mensen. Daarom tilt bemande ruimtevaart de innovatie en de veiligheid die je moet inbouwen naar een veel hoger niveau.’
Hoe voelt het om in de ruimte te zijn?
‘Dat is heel plezierig en natuurlijk ook stresserend. Je gaat daar op wetenschappelijke missie. Veel wetenschappers hangen af van hoe jij werkt. Dat geeft je een gevoel van verantwoordelijkheid. Het is ook altijd nog een beetje gevaarlijk om naar de ruimte te vliegen. Maar het is een droom, en als je die kan waarmaken, dan ben je heel blij. En dan ben je ook bereid om daar heel hard voor te werken.’
U zegt dat het nog altijd een beetje gevaarlijk is. Je kan in de ruimte osteoporose oplopen door de gewichtloosheid. Wordt daar aan gewerkt om daar iets tegen te doen? En zijn er nog van die bizarre fenomenen?
‘Heel bizarre fenomenen. (glimlacht) Tot voor kort hadden wij inderdaad een tot twee procent botverlies per maand in de ruimte. Ons lichaam kan acht tot tien procent bot opnieuw aanmaken als het weer op aarde komt, maar alles daarboven is verloren. Onze botten zijn cilinders met binnenin een weefsel dat bestaat uit allemaal kleine bruggen die sterkte geven. Vergelijk het met een honingraat. De buitenste cilinder wordt in de ruimte een beetje dunner, maar dat is niet zo belangrijk. Als die honingraat daarentegen te veel verzwakt, kunnen de brugjes breken, en dan groeien ze niet meer opnieuw aan elkaar.’
‘Vandaag hebben we dat opgelost met goede fitnesstoestellen aan boord, maar daardoor hebben we een ander probleem ontdekt, misschien verbonden aan alle sport die we doen: het SANS-syndroom (Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome). Het is een van de redenen waarom ik een bril draag. Bij lange duurvluchten en vooral bij mannen van hogere leeftijd – zoals bij mij rond mijn vijftigste, tijdens mijn tweede vlucht - wordt de oogbal aan de achterkant afgeplat.’
Frank De Winne tijdens zijn tweede ruimtevlucht in het Internationaal Space Station in oktober 2009.
‘We denken dat het komt door de druk in de schedel, in combinatie met de krachttraining die kortstondig je bloeddruk omhoog jaagt. Als je oog afgeplat wordt, komt je netvlies wat dichter bij je lens. En als je een bol plat maakt, gaat dat niet zonder kreuken, dus het netvlies is ook een beetje gekreukt. Daardoor kan je niet meer scherp zien. Eigenaardig genoeg is het soms op twee ogen, soms op één, en in dat geval is het altijd op het rechter. We weten niet waarom. Sommige mensen recupereren nadien, anderen niet. Daar loopt nu onderzoek over.’
‘We doen ook veel onderzoek naar hartfunctie en naar longfunctie. We doen onderzoek naar de plasticiteit van onze hersenen, hoe ze zich aanpassen aan gewichtsloosheid, met brain DTI (een MRI-techniek die live de witte stof van de hersenen in beeld brengt, red.). We zien een verandering tussen de beelden voor de vlucht en na de vlucht - we hebben natuurlijk nog geen MRI-machine in orbit. Ons brein is permanent veranderd. Dat kan samenhangen met dat syndroom aan onze ogen, en met de evenwichtsstoornissen.’
‘Op deze beelden zie je hersenonderzoek in de Columbus-module. Met een encefalogram – dat gaat wel in de ruimte - meten we de hersenactiviteit en hoe die zich aanpast aan taken verbonden aan het verticaal zijn. Zelfs zonder referentie zie je dat deze poster scheef hangt. Op de een of andere manier zien wij mensen dat. Hoe komt dat? Veel mensen hebben op aarde problemen om hun evenwicht te bewaren. Is dat een hersenfunctie? Kunnen we daar iets van leren in de ruimte?’
Wie geeft een voorzet voor het wetenschappelijk onderzoek in de ruimte? Wie bepaalt wat er onderzocht wordt?
‘We hebben bij ESA een wetenschapsafdeling. Daar zitten geen wetenschappers, maar mensen die de wetenschap implementeren. Als wij een probleem zien, zoals met die botontkalking, dan schrijven wij een announcement of opportunity uit: dit gebeurt er. Zijn er wetenschappers die voorstellen hebben hoe we dat verder kunnen onderzoeken? Wetenschappers kunnen inschrijven en wij bekijken welk onderzoek het best aansluit bij onze vragen. En dan voert ESA die experimenten uit en geeft de resultaten terug aan de wetenschappers.’
Blijft er dan een dialoog met de wetenschappers die dat voorstel gedaan hebben?
‘We werken nauw samen, want dikwijls hebben de wetenschappers een idee, en dan moeten we instrumenten bouwen om die experimenten uit te voeren. Wij zetten het idee om naar praktische uitvoering in samenwerking met de industrie. In die set-up loop je tegen technologische limieten aan. Daarom hebben we een constante dialoog nodig. De astronauten leren dan de experimenten opbouwen in de ruimte. Wij krijgen procedures hoe we dat moeten opbouwen. Astronauten zijn geen wetenschappers, wij zijn veredelde labtechnici.’ (De Winne neemt ons mee naar een volgend demonstratielab)
‘We doen onderzoek naar nieuwe legeringen die kunnen weerstaan aan hogere druk en hogere temperaturen, samen met Rolls-Royce. De efficiëntie van een vliegtuigmotor is afhankelijk van de ingangstemperatuur en de uitgangstemperatuur, en van de ingangsdruk en de uitgangsdruk. Hoe hoger je de temperatuur en druk kan maken, hoe efficiënter je motor is en hoe minder brandstof je verbruikt. Dat is belangrijk voor de portemonnee van de luchtvaartmaatschappij, maar ook voor ons klimaat.’
‘We experimenteren ook met fluid flow. Dat is belangrijk voor heatpipes in satellieten. Als je energie binnenkrijgt in je satelliet, dan moet je die natuurlijk ook weer kunnen uitstralen, want anders warmt de satelliet constant op en gaat die verbranden. Je kan dat doen met een vloeistof die je rondpompt, maar een pomp kan stuk gaan. We onderzoeken dus heatpipes, waarin dat mechanisme automatisch gebeurt als ze dun genoeg zijn, in een soort capilaire werking. Deze toepassing kan op termijn ook van pas komen bij zonnepanelen op aarde.’
‘We hebben ook tuinkers gekweekt. Door experimenten in de ruimte werd ontdekt waarom plantenwortels naar beneden groeien. Heel lang werd gedacht dat wortels naar water groeien, maar dat is niet waar. De cellen in de wortels meten zwaartekracht. Als we planten in de ruimte laten groeien, dan groeien die wortels naar overal, en onafhankelijk van waar de waterbron is.’
En hebben jullie de tuinkers opgegeten?
‘Nee nee, dat mocht niet. Die zit in speciale kleine containertjes en die mag je ook niet open doen.’
‘We hebben tijdens mijn vlucht ook onderzoek gedaan naar schuim. Schuim speelt een belangrijke rol in de klimaatopwarming, want bijna al ons isolatiemateriaal is schuim. Onderzoek naar schuim gebeurt traditioneel empirisch: wetenschappers mengen stoffen, testen die, voegen zaken toe of laten zaken weg, testen opnieuw … Dat is natuurlijk erg duur. Als je het gedrag van schuimmengsels in een computermodel kunt steken, kan dat berekenen wat je moet mengen voor schuim met bepaalde karakteristieken. Zo kan je hoger gekwalificeerd schuim maken aan een lagere prijs.’
‘Schuim is een bol van vloeistof waarin lucht zit. Door de zwaartekracht zakt de vloeistof naar beneden, vormt een druppeltje, dan wordt de oppervlaktespanning te laag en ontploft de bel. Doordat er altijd zwaartekracht is, zijn er veel karakteristieke parameters van schuim die we hier op aarde niet kunnen meten. Maar in de ruimte blijft een zeepbel in principe oneindig hangen.’
Ik denk dat de meeste mensen niet beseffen wat er allemaal boven ons hoofd onderzocht wordt.
‘We hebben vandaag niet altijd een toepassing op aarde, het is fundamenteel onderzoek. Je moet ergens beginnen. Ik weet niet wat de toepassing van dat onderzoek zal zijn binnen twintig of dertig jaar. Maar als je het onderzoek niet doet, dan leer je zeker niks.’
