Hoe ademen astronauten in de ruimte?

Ingenieurs moesten een aantal speciale manieren bedenken om zuurstof te creëren in het vacuüm van de ruimte . Zo ademen astronauten in de ruimte .

Hoe adem je in de ruimte

In 1997 brak er brand uit op het ruimtestation Mir, de voorloper van het Internationale Ruimtestation. De boosdoener was de zuurstofgenerator van het ruimtevaartuig, die vaste lithiumperchloraatcilinders verbrandde om een ​​adembare atmosfeer te creëren. Materiaal van een rubberen handschoen, dat mogelijk tijdens de montage in de generator was achtergebleven, vatte vlam toen de machine werd geactiveerd. Hierdoor ontstond een brand die ongeveer 14 minuten duurde voordat deze volledig geblust kon worden.

Hoewel geen van de bemanningsleden gewond raakte, maakte het ongeluk duidelijk hoe moeilijk het is om astronauten tijdens hun verblijf in de ruimte continu van zuurstof te voorzien, en hoe groot de veiligheidsrisico's zijn. Net als de waterfiltratiesystemen aan boord, zijn de apparaten die deze levensreddende voorraad creëren sinds het begin van de ruimtewedloop in de jaren 60 aanzienlijk geëvolueerd.

Rook en Mir

Bij het Apolloprogramma, inclusief de missie uit 1969 waarbij voor het eerst mensen op de maan landden, werd gebruikgemaakt van Environmental Control Units (ECU's) om een ​​atmosfeer van zuivere zuurstof in de commandomodules te handhaven. De ECU is uitgerust met lithiumhydroxide- en actieve koolpatronen om koolstofdioxide uit de adem van astronauten te filteren en geuren te absorberen. Het systeem genereert ook water en houdt de temperatuur in de cabine op peil, waardoor maximaal drie astronauten 14 dagen in de ruimte kunnen overleven.

Het ruimtestation Mir, gelanceerd in 1986, was ontworpen voor langere ruimtemissies en produceerde zuurstof via een chemische reactie. Een generator ontsteekt lithiumperchloraatcilinders ter grootte van grote spuitbussen, waarbij zuurstof vrijkomt tijdens de verbranding. Eén van deze "zuurstofkaarsen" zorgde voor voldoende ademlucht voor een bemanningslid voor een dag, maar bij het incident met de rubberen handschoen bleek het systeem een ​​zwakke plek te hebben.

Na dat ongeluk maakten ruimtevaarttechnici geen gebruik meer van chemische reacties om zuurstof in de ruimte te creëren. Begin jaren 2000 werd Mir vervangen door het ISS. Het ruimtevaartuig was uitgerust met een veiligere ECU op basis van elektrolyse. Bij elektrolyse wordt een generator gebruikt om watermoleculen via een protonenuitwisselingsmembraan te splitsen in zuurstof en waterstof. Terwijl de zuurstof die bij dit proces ontstaat in de atmosfeer vrijkomt, verbindt de waterstof zich met de door de bemanning uitgeademde koolstofdioxide om drinkwater en methaan te produceren. Momenteel wordt het methaan uit het station afgevoerd, maar het zou in de toekomst wellicht bruikbaar kunnen zijn voor bioproductieprocessen aan boord. Het ISS beschikt ook over een Mir-model om zuurstof te genereren als reserve.

Leven in een rugzak

Astronauten van zuurstof voorzien in een ruimteschip is één ding. Een ander voorbeeld is het verlaten van het ruimtevaartuig voor ruimtewandelingen, bijvoorbeeld om apparatuur te testen, experimenten uit te voeren of externe reparaties uit te voeren.

Een modern ruimtepak dat ontworpen is voor ruimtewandelingen, ook wel Extra-Vehicular Mobility Unit (EMU) genoemd, is uitgerust met een rugzak met verschillende levensondersteunende systemen. Het systeem levert onder andere zuurstof aan de helm van de astronaut en filtert koolstofdioxide eruit. De pakken beschermen hun lichaam ook tegen de potentieel levensbedreigende krachten van het vacuüm waarin ze zich begeven.

Zelfs voordat ze de EMU binnengaan, ademen astronauten urenlang zuivere zuurstof in een persluchtcapsule om de kans op coma te minimaliseren. Volgens voormalig astronaut Mike Mullane handhaaft een commandomodule een atmosferische druk van 14,7 pond per vierkante inch (psi), wat vrijwel gelijk is aan de druk op aarde op zeeniveau. De druk in een ruimtepak is echter slechts vijf psi. Astronauten moeten voor een ruimtewandeling eerst zuivere zuurstof 'inademen' om stikstof uit hun lichaam te verwijderen en de vorming van gasbellen in hun bloed - de oorzaak van luchtwegaandoeningen - te voorkomen. Anders kunnen overtollige stikstofbelletjes de bloedvaten verstoppen en weefselschade veroorzaken, wat onder andere leidt tot gewrichtspijn, hoofdpijn, spierzwakte, verlamming, vermoeidheid en verwardheid.

Het belang van ruimtepakken wordt misschien wel het beste geïllustreerd door wat er zou gebeuren zonder ze. Astronauten zouden onmiddellijk bewusteloos raken door het gebrek aan zuurstof. Bovendien zou het vacuüm ervoor zorgen dat hun bloed en lichaamsvloeistoffen, die onder de atmosferische omstandigheden op aarde ontstaan, zouden bevriezen, koken en scheuren.

De omstandigheden in het heelal zorgen ervoor dat een simpele handeling als ademhalen verandert in een complexe, potentieel fatale uitdaging. Gelukkig is dit niet iets waar de wetenschap geen oplossing voor kan vinden.