Ulf Merbold op de rug gezien en Wubbo Ockels op de achtergrond, aan boord van de paraboolvlucht. Foto HB.
Ulf Merbold op de rug gezien en Wubbo Ockels op de achtergrond, aan boord van de paraboolvlucht. Foto HB.
Onder de inzittenden van ons vliegtuig, een Caravelle van de Franse ruimtevaartorganisatie, vallen onmiddellijk twee personen op. Het zijn Wubbo Ockels en Ulf Merbold, van beroep astronauten. Er werd al gefluisterd dat hier in Parijs mogelijk astronauten zouden opduiken, maar of dat werkelijk zou gebeuren was tot het laatste moment onzeker. Astronauten hebben een uitpuilende agenda. Maar vreemd is het bepaald niet dat deze bekende hoofden meereizen. Dit is een vlucht van Estec, het onderzoekscentrum van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) dat in Noordwijk is gevestigd. Estec huurt het toestel van de Franse ruimtevaartorganisatie en verleent zelf weer gastvrijheid aan onderzoekers uit alle uithoeken van Europa. Maar het meeste onderzoek is ESA-onderzoek. En de Merbold en Ockels zijn nu eenmaal ESA-werknemers.
De Europese ruimtevaartorganisatie heeft een aandeel in het internationale ruimtestation. Foto NASA.
De Europese ruimtevaartorganisatie heeft ambities in de bemande ruimtevaart. Er zijn plannen voor een mini-Shuttle genaamd Hermes en voor een bijdrage aan het Amerikaanse ruimtestation Freedom. (Heet nu weer Alpha, HB '97) Dat Europese deel van het ruimtestation gaat Columbus heten. Er moeten experimenten in worden uitgevoerd en de apparatuur daarvoor gaat door astronauten worden geinstalleerd. Dat betekent sleutelen bij gewichtloosheid en sjouwen met kasten of 'racks' vol elektronica, ook bij gewichtloosheid. Sjouwen bij gewichtloosheid, dat klinkt niet als een erg zware opgave. 'Maar', vertelt Wubbo Ockels, 'zo'n rack kan 700 kilo wegen. Dat gewicht, daar heb je geen last van, maar de massa is er nog wel. Het blijft dus een log ding en dat is moeilijk de manoeuvreren in de kleine ruimte van Columbus.' Het is goed te vergelijken met het duwen van een auto. Die staat met zijn vier wielen op de grond en niemand hoeft de auto te dragen. Toch is het duwen een zware opgave, want de massa van de auto is moeilijk in beweging (of tot stilstand) te krijgen. Bij gewichtloosheid is de massa, die verandering van de beweging moeilijk maakt, er nog steeds. De racks van Columbus zijn dus niet 700 kilo zwaar, maar wel 700 kilo log. Het werken ermee moet in de praktijk worden beproefd, en wel om twee redenen. Het ontwerp moet optimaal zijn en het moet dus door astronauten worden beproefd zolang er nog veranderingen mogelijk zijn. De astronauten zijn tenslotte degenen die er later mee moeten werken. De tweede reden is, dat oefening kunst baart. Als het ontwerp eenmaal vastligt, is het voor de astronauten zaak er handigheid mee te krijgen voordat ze ermee het diepe, dat wil zeggen de ruimte worden ingegooid.
Het werken in de ruimte kan geoefend worden tijdens een paraboolvlucht. Foto NASA.
Heel Columbus is nog in de ontwerpfase en dat is tijdens deze paraboolvlucht goed te merken. Er is een model van een instrumentenrack in het vliegtuig gemonteerd. Merbold en Ockels moeten het losmaken van zijn bevestiging en het een kwartslag draaien - een kwartslag terugdraaien en het ding weer bevestigen. In de Caravelle hebben ze waarschijnlijk wat meer ruimte dan aan boord van Columbus, maar minder tijd. In het ruimtestation duurt de gewichtloosheid praktisch onbeperkt lang, maar nu is dat niet langer dan de vrije val duurt: een half minuutje. Een enkele keer maakt het rack een onzachte landing op de vloer van het vliegtuig als de zwaartekracht terugkeert voordat de manoeuvre met het rack is voltooid.
Wat ook zorgvuldig moet worden ontworpen is de aan- en afvoer van allerlei benodigdheden voor de experimenten. Een experiment heeft vaak stroom nodig, bijna altijd verbindingen voor transport van computergegevens, soms water, stikstof, vacuum enzovoorts. Als astronauten het station bezoeken, zullen ze vaak een compleet rack van het ene, voltooide experiment weghalen. Een compleet ander rack met spullen voor een nieuwe proef komt ervoor in de plaats. Zo kost het uitwisselen van apparatuur het minste tijd. De ruimtevaarders moeten dan al die verbindingen losmaken bij het oude en bevestigen bij het nieuwe rack. Dat moet vlot kunnen want tijd is kostbaar in de ruimte, maar ook weer niet zo vlot dat de stekkers en dergelijke onbedoeld los kunnen schieten. De aansluitingen mogen natuurlijk ook niet per ongeluk verwisseld kunnen worden. Voor deze paraboolvlucht is bij het experimentele rack een rij exotisch ogende prototypes van koppelstukken aangebracht. Nadat hij er gewichtloos hangend een paar heeft uitgeprobeerd weet Ulf Merbold al gauw welke hem bevallen en welke niet.
Merbold en Ockels in de weer met een rack, onder toeziend oog van de auteur.
De Estec-ploeg heeft ook een klein schoenenwinkeltje meegenomen. Het zijn een soort pantoffels met zolen van klitband. Als je gewichtloos bent heb je nergens houvast. Je schrap zetten kun je niet. Als je dat probeert, oefen je een kracht uit op de 'vloer' (het kan net zo goed het plafond zijn waartegen je je schrap probeert te zetten) en het enige wat je daarmee bereikt is, dat je jezelf van je houvast wegduwt. En als je jezelf met een hand ergens aan vasthoudt en ook een voet ergens onder hebt gewurmd, en je probeert met je andere hand iets te pakken, dan kun je ook nog in een draaiing raken die je niet gebruiken kunt. Drie punten van houvast is in sommige situaties het minimum om je lichaam onder controle te houden, en dan blijft er weinig over voor nuttige arbeid. Vandaar de experimentele klitpantoffels. Op de vloer van de Caravelle is een stukje klittapijt gelijmd. Als je daar, gewichtloos en wel, op weet te landen met je pantoffels, dan heb je houvast. Je kunt dan bijvoorbeeld draaien zonder je handen te gebruiken, en ook een draaiing voorkomen zonder je handen te gebruiken. En je kunt door je knieeen zakken zodat je dichter bij de vloer komt, wat handig is als daar een schroef zit die je moet aandraaien. Wubbo Ockels blijft trouwens sceptisch over de schoenen. Hij ziet meer in een test in de ruimte zelf. Ik mag de toffeltjes proberen en mij bevallen ze wel. Als ik, zonder hulpmiddelen, foto's probeer te maken drijf ik steeds af. Ik heb mijn handen nodig voor mijn fototoestel en kan me dus niet vasthouden. Met pantoffels heb ik opeens weer een redelijke controle over mijn bewegingen.
Schroeven draaien in de ruimte is ook zoiets. Door het werken met de schroevedraaier duw je jezelf weg van je werk. Iets in de trant van de klitpantoffels zul je toch nodig hebben. Een bijkomend ongemak vormt de schroef of de bout zelf. Als die even niet meewerkt en wegschiet, zal hij niet zoals op Aarde koers zetten naar beneden. Er is geen 'beneden' en de schroef kan in principe elke kant op dwarrelen. Daarom klungelt op deze paraboolvlucht steeds iemand van het Estec-team met een ruimteschroevedraaier, die de schroef vastklemt zodat hij niet kan wegschieten. Hij schijnt nog niet voor honderd procent te bevallen, maar in principe lijkt het me een uitvinding waar wij nederige Aardbewoners ook wel iets mee zouden kunnen. Op de markt ermee! Nooit meer zoeken naar die weerbarstige schroef.
Elizabeth Lindley, onderzoekster en proefpersoon tegelijk.
Het meeste van het overige onderzoek heeft, hoe kan het anders, ook met ruimtevaart te maken. Twee onderzoekers van een instituut in het Britse Sheffield, Adrian Wilson en Elizabeth Lindley, bestuderen hoe bij gewichtloze astronauten het bloed naar het hoofd stijgt. Normaal probeert de zwaartekracht ons bloed naar beneden te trekken. Mensen die veel staan krijgen daardoor spataderen in hun benen. Maar gewoonlijk weten de aderen, de beenspieren en het hart het bloed naar boven te bewegen, zodat het hoofd ook wat krijgt. Ze compenseren als het ware de zwaartekracht. Valt de zwaartekracht opeens weg, dan is die compensatie er nog wel. Het gevolg is dat het bloed opeens onbelemmerd naar het hoofd gaat. Net als wanneer je op je hoofd gaat staan, alleen half zo hard. Astronauten die een paar dagen in de ruimte zijn geweest, hebben vaak een wat dik hoofd, doordat zich daar vocht heeft opgehoopt.
De apparatuur voor Applied Potential Tomography (APT) in het lab.
De twee Britse onderzoekers zijn een instrument aan het maken dat dit proces bij astronauten moet meten. Het zou namelijk wel eens schadelijk kunnen zijn, al zijn daar op het ogenblik geen directe aanwijzingen voor. Adrian Wilson: 'Ze hebben ook jarenlang gedacht dat boksen niet gevaarlijk was. Als je nu een gesprek voert met Mohammed Ali dan weet je wel beter. En als we deze vloeistofbewegingen bij astronauten beter begrijpen, kunnen we er misschien ook iets aan doen, met medicamenten bijvoorbeeld.'
Het instrument in kwestie is een gordel van elektroden, die om het bovenlijf gaat. Als er bijzondere bewegingen van lichaamsvloeistoffen zijn, verandert de elektrische weerstand van het lichaam (elke vloeistof geleidt elektriciteit op zijn eigen manier) en dat wordt door de elektroden waargenomen. De apparatuur is zo nauwkeurig dat eten, overgeven en zelfs ademhalen kunnen worden gedetecteerd. De elektrodengordel is aangesloten op een piepklein zakcomputertje dat de gegevens gedurende de vlucht opslaat. De techniek heeft ook nog een naam: Applied Potential Tomography oftewel toegepaste potentiaaltomografie. Die naam drukt uit dat er heel kleine stroompjes op de proefpersoon worden losgelaten.
Dit soort beelden is het resultaat van APT.
De twee Britten zijn hun eigen proefpersonen. Ze hoeven alleen maar mee te vliegen en gewichtloos te worden, de apparatuur doet de rest. Wel proberen ze bij afwezigheid van zwaartekracht nog wat huis- tuin- en keukenhandelingen, zoals het verwisselen van de batterijen van de computer. Juist dat blijkt bij gewichtloosheid niet goed te gaan. Bij de meeste apparaten maak je inderdaad dankbaar gebruik van de zwaartekracht om de batterijen eruit te krijgen. In de ruimte kun je dat vergeten en tijdens een paraboolvlucht ook. Het apparaat zal moeten worden aangepast. Het is de bedoeling dat de elektrodengordel op den duur meegaat de ruimte in, om het lijf van een astronaut. Liefst een Britse, aldus deze twee experimentatoren.
Helemaal uit Napels is prof. Monti gekomen met twee medewerkers en een experiment met vloeistoffen. Ditmaal gaat het niet om het inwendige van astronauten, maar om de inhoud van brandstoftanks. Een tank op aarde, bijvoorbeeld in een auto, is een toonbeeld van duidelijkheid. De vloeistof is te vinden op de bodem (behalve als de tank helemaal leeg is) en dat is handig om te weten als je de de inhoud er ook uit wilt krijgen voor gebruik. In de buurt van de bodem komt dus de uitgang waarlangs een pomp of kraan de brandstof eruit haalt. In de ruimte is het niet zo eenvoudig. Zonder zwaartekracht heeft een vloeistof geen reden om de 'bodem' op te zoeken. In raketten en satellieten moeten dus allerlei kunstgrepen worden uitgehaald om de brandstof naar buiten te dwingen, bijvoorbeeld met een membraan dat de tank leegperst. Prof. Monti onderzoekt een nieuw principe waarbij geen bewegende delen nodig zijn. De kans op falen wordt dan kleiner. Zijn systeem maakt gebruik van de natuurlijke aantrekkende kracht die er vaak bestaat tussen een vaste stof en een vloeistof (adhesie). Denk aan water, dat altijd een beetje tegen de rand van een glas op klimt.
Monti's testopstelling in zwevende toestand. Foto HB.
Monti heeft een aantal modellen van tanks meegenomen in de vorm van plexiglazen bollen. De bollen zijn door schotten in vakjes verdeeld op dezelfde manier als een sinaasappel in partjes verdeeld is. Op de plaats waar sommige sinaasappels een navel hebben is hier ook een soort navel gebouwd, in de vorm van een heleboel extra schotjes loodrecht op de partjes. Bij deze navel is ook de afvoer van de tank. De bedoeling is nu dat door de aantrekkende kracht tussen vloeistof en schotten, de vloeistof daarheen zal gaan waar de schotten het dichtst op elkaar zitten - dus naar de navel, waar ook de afvoer is. Een deel van de proeven wordt uitgevoerd terwijl de complete opstelling in het vliegtuig zweeft. Zo worden zelfs de trillingen vermeden die de wand van de Caravelle aan de apparatuur kan doorgeven, en is de gewichtloosheid vrijwel perfect. Er wordt een kringetje rond de zwevende proefopstelling gevormd door inderhaast te hulp geroepen onderzoekers van andere groepen, om te voorkomen dat het gevaarte wegzweeft of na een halve minuut gewichtloosheid met een geweldige smak op de bodem belandt. Ook Wubbo Ockels steekt een handje toe. Tijdens de vlucht laat Monti luidkeels merken hoe tevreden hij is, dus dat zit blijkbaar wel goed.
En dan is er nog een Nederlandse ploeg onder leiding van prof. W.J. Oosterveld, hoogleraar in de fysiologie van het evenwichtsorgaan in het AMC in Amsterdam. Oosterveld onderzoekt het wangedrag van het evenwichtszintuig tijdens gewichtloosheid. Ons evenwichtsorgaan, te vinden in het inwendige oor, orienteert zich op de zwaartekracht: als we liggen met onze ogen dicht, weten we dat we liggen en dat we niet bijvoorbeeld met onze rug tegen een muur gedrukt staan. Het evenwichtsorgaan geeft die informatie. Het bevat onder andere kleine steentjes die op zenuwcellen rusten. In elke stand van het hoofd drukt zo'n steentje op een specifieke manier op die zenuwcellen. De hersenen leiden daaruit af hoe we erbij staan, of liggen. Als er geen zwaartekracht is, ontbreekt die informatie. Het enige wat het evenwichtsorgaan dan te melden heeft, is: IK VAL! En tijdens een paraboolvlucht is dat nog waar ook. Maar de als de eigenaar van het evenwichtsorgaan om zich heen kijkt, zal hij meestal iets heel anders waarnemen: het interieur van een vliegtuig of ruimteschip ziet er nou niet bepaald uit of het met donderende vaart omlaag suist. Deze tegenstrijdige ervaring kan tot ruimteziekte leiden. Dat is weinig anders dan wagenziekte, zeeziekte of luchtziekte en medici spreken dan ook liever over een algemeen probleem: bewegingsziekte. Bewegingsziekte is misselijkheid en andere ellende tengevolge van tegenstrijdige informatie door de zintuigen.
Prof. Oosterveld in zwevende toestand. Proefpersoon is de tegenwoordige astronaut Andre Kuipers. Foto HB.
Prof. Oosterveld is vooral geinteresseerd in fundamentele vragen over het evenwichtszintuig. Hoe werkt het? Wat doet dit zintuig als die onmisbare orientatie op de zwaartekracht wegvalt? In het verleden heeft hij bijvoorbeeld duiven laten vliegen bij gewichtloosheid. Die arme beesten begonnen allemaal vreemde salto's te vliegen, alsof ze op zoek waren naar de zwaartekracht. Nu heeft Oosterveld menselijke slachtoffers: zichzelf en zijn medewerkers, en een enkele andere inzittende van de Caravelle, die toevallig wat tijd over heeft. Een van de onderzoekers uit Sheffield biedt zich aan. Aparte proefpersonen meenemen is immers veel te duur. Wie de klos is, krijgt via een soort koptelefoon water in zijn (of haar) oor gespoten. Dat water is iets kouder of juist wat warmer dan 37 graden, en het verandert dus de temperatuur van het inwendige oor. Het evenwichtsorgaan bevat vloeistof, en door de temperatuursverandering zal die vloeistof onder normale omstandigheden in beweging raken. Dat is hetzelfde effect als het opstijgen van lucht boven een vuurtje, een radiator of een hete asfaltweg: wat warm wordt, zet uit, wordt lichter en stijgt op. Als dat in het evenwichtsorgaan gebeurt, veroorzaakt dat de illusie van beweging, want een echte beweging veroorzaakt ook wervelingen in de vloeistof. Die gewaarwording van een proefpersoon is te meten aan de hand van onwillekeurige oogbewegingen die daar weer het gevolg van zijn. Maar als er geen zwaartekracht is, zal datgene wat uitzet niet opstijgen, en datgene wat door kou inkrimpt zal niet zakken. Dus geen wervelingen en geen illusie van beweging. Oosterveld onderzoekt wat er dan eigenlijk wel gebeurt. De proefpersonen worden met elektroden beplakt om de onwillekeurige oogbewegingen te registreren.
Ook deze proefpersoon van Oosterveld is met elektroden beplakt. Foto HB.
Daarnaast heeft prof. Oosterveld nog een charmante, onbemande proefopstelling meegenomen: een aquarium met goudvissen. Vissen regelen hun stand in het water aan de hand van de zwaartekracht, ongeveer zoals wij dat doen. Bovendien kunnen ze aan de druk van het water voelen hoe diep ze zitten. Wie wel eens iets opduikt van de bodem van een zwembad, weet hoe dat voelt: hoe dieper, hoe groter de druk. Wat je voelt is eigenlijk het gewicht van de watermassa boven je. Als tijdens een paraboolvlucht de zwaartekracht wegvalt, zullen de vissen ten eerste niet meer weten hoe ze in het water moeten 'staan', dat wil zeggen ze weten niet meer wat boven of beneden is. Ten tweede zal de druk van het water plotseling verdwijnen, zodat de vissen het gevoel hebben boven water te zweven. Oosterveld heeft drie soorten vissen meegenomen: gewone goudvissen, die zich nog met behulp van hun ogen kunnen orienteren, blinde goudvissen, en een holenvis, die van nature blind is. De ziende vissen laten zich inderdaad niet van de wijs brengen, maar alle blinde exemplaren raken totaal de kluts kwijt. Vooral de holenvis gaat geweldig tekeer met allerlei salto's en schroeven. Op de video-opnamen is nauwelijks te zien wat hij precies doet, mede door het platte beeld, zodat Oostervelds team overweegt een volgende keer maar een tweede camera mee te nemen. Tijdens de vrije val doet zich trouwens een verschijnsel voor dat voor de buitenstaande zeker zo opmerkelijk is als het gedrag van de vissen: een gewichtloze luchtbel dwarrelt volkomen stuurloos heen en weer door het aquarium. Als er geen zwaartekracht is, is lucht zijn neiging om in water op te stijgen ook kwijt.
Oostervelds proeven hebben niet direct met ruimtevaart te maken en zijn ook niet onmiddellijk medisch toepasbaar. Maar dat paraboolvluchten maatschappelijk nut kunnen hebben, ook buiten de ruimtevaart, wordt geillustreerd door een experiment dat prof. Oosterveld in het verleden heeft gedaan tijdens paraboolvluchten in een Starfighter. 'In zo'n vliegtuig kan behalve de piloot maar een experimentator mee, en die zit helemaal ingesnoerd. De ruimte die je hebt voor je experiment komt ongeveer overeen met twee emmers water. Voor een studie naar de effecten van alcohol op het evenwichtsorgaan had ik een dronken konijn meegenomen. Ja, lach maar. We hebben met die studie toen aangetoond dat je na twee dagen nog kan aantonen dat iemand gedronken heeft, door de schade aan het evenwichtsstelsel.' Een interessante mogelijkheid, die justitie tot nu toe blijkbaar heeft laten liggen.
De artikelen die hier verkrijgbaar zijn mogen worden gedownload, gelezen en zelfs gekopieerd, maar alleen voor eigen gebruik. Vermenigvuldigen met winstoogmerk is niet toegestaan. Alles is copyright Herbert Blankesteijn, tenzij anders vermeld.