NASA
Mensen hebben er lang van gedroomd om voet te zetten op de maan en andere planeten zoals Mars. Sinds de jaren 1960 hebben ruimtereizigers pakken aangetrokken die hen moesten beschermen tegen het vacuüm van de ruimte en zijn ze het onbekende ingestapt.
De Polaris Dawn missie, die de eerste ruimtewandeling door een privé-onderneming zou omvatten, heeft echter vertraging opgelopen. Dit komt door complicaties bij het ontwerp en de ontwikkeling van een geschikt ruimtepak.
Maanpakken zijn ook een van de belangrijkste elementen van Nasa’s Artemis maanprogramma die nog moeten worden geleverd. In een rapport van november 2023 staat dat de aannemer die de pakken maakt bepaalde aspecten van het door Nasa geleverde ontwerp moet herzien, wat tot vertragingen kan leiden.
De eerste ruimtewandeling, door de Sovjet kosmonaut Alexei Leonov, vond plaats in 1965. Later, tussen 1969 en 1972, zouden 12 astronauten van Nasa op het maanoppervlak lopen, met behulp van technologie die overschaduwd zou worden door de smartphones van vandaag. Het is dus niet onredelijk om je af te vragen waarom het nog steeds moeilijk kan zijn om ruimtepakken te ontwerpen en bouwen om hetzelfde te doen.
Er is veel veranderd sinds de Apollo-missies vlaggen op de maan plantten. De geopolitieke drijfveren van de ruimtevaart zijn veranderd en er wordt niet langer verwacht dat ruimtepakken alleen maar een vorm van bescherming zijn. In plaats daarvan zijn ze een cruciale manier om de productiviteit van astronauten te verbeteren. Dit betekent dat niet alleen de pakken zelf opnieuw moeten worden bekeken, maar ook de technologie die ze ondersteunt.
De Polaris Dawn missie gebruikt een aangepaste versie van het Crew Dragon ruimtevaartuig om de eerste commerciële ruimtewandeling uit te voeren.
Nasa
Een reeks krachtige telecommunicatietechnologieën om astronauten te verbinden met ruimtestations en de controle op de grond zit naast multisensorische camera’s, temperatuurlezers en nabijheidssensoren in de huidige ruimtepakken.
Situatiebewustzijn – het begrijpen van belangrijke elementen in de omgeving, zoals de gezondheid van een astronaut – is een kernprincipe voor het moderne ontwerp van ruimtepakken en cruciaal voor de veiligheid van de gebruiker. Het vermogen van een pak om de hartslag en andere vitale functies te volgen is belangrijk in een vacuüm, waar het zuurstofniveau constant moet worden gecontroleerd.
De verwachtingen rond de risico’s die astronauten nemen zijn ten goede veranderd. En het investeringsniveau dat nodig is om een ruimtepak te maken, vereist dat het gebruikt kan worden voor toekomstige taken, zoals het vestigen op de maan in de komende decennia.
De afweging die ingenieurs moeten maken bij het inbouwen van draagbare technologie zoals de reeds genoemde is gewicht. Zal een groter situationeel bewustzijn resulteren in een ruimtepak dat te zwaar is om effectief in te bewegen?
Toen Elon Musk voor het eerst zinspeelde op uitdagingen met het extravehicular activity ruimtepak voor Polaris Dawn tijdens een presentatie voor SpaceX-werknemers in januari, was het niet de moeilijkheid met verbonden technologie die hij besprak, maar het herontwerpen van “het pak zodat je er echt in kunt bewegen”.
Situatiebewustzijn
Maar als je het hebt over mobiliteit in een ruimtepak, moet je ook rekening houden met de taken die je door die mobiliteit wilt laten ondersteunen.
Voor de komst van moderne ruimtepakken hadden Apollo astronauten moeite met het uitvoeren van missies. Bij het boren in het oppervlak van de maan met een handboor om monsters te verzamelen, vonden de astronauten het moeilijk om genoeg neerwaartse kracht te leveren om de zwakkere zwaartekracht van de maan tegen te gaan. Pas met de uitvinding van een zwaartekrachtvrije boor, tientallen jaren later, werd dit probleem aangepakt.
De huidige verkenning van pneumatische exoskeletten, die de ondersteuning bieden die nodig is voor beweging in lage zwaartekracht, zou een deel van een oplossing kunnen zijn. Maar nieuwere ruimtepakken moeten misschien ook een interface hebben met hardware, zoals robotboren die buiten het pak bestaan. Dit vereist ook meer mobiliteit in de ruimtepakken.
Werken met robots
Het overdragen van taken, die voorheen door mensen werden uitgevoerd, aan robots zal deel uitmaken van de toekomst van de ruimteverkenning. Het is een primaire manier waarop ingenieurs ook de mobiliteit van astronauten in ruimtepakken zullen kunnen verbeteren.
Als een astronaut bijvoorbeeld een ruimtewandeling maakt om de toestand van een deel van een ruimtestation te inspecteren en eventuele reparaties uit te voeren, wordt hij ondersteund door een robotarm die ervoor zorgt dat hij niet de ruimte in zweeft. Hoewel deze arm beweegbaar is, is hij stijf en kan hij de bewegingen van een astronaut beperken.
Een benadering die momenteel wordt onderzocht om dit bewegingsbereik uit te breiden is een klimrobot die zowel aan de astronaut als aan het ruimtestation is bevestigd en die een individu via zijn ruimtepak kan besturen. Dit zou de astronaut in staat stellen om sneller en met een groter bewegingsbereik dan voorheen door het ruimtestation te bewegen, waardoor ze moeilijk bereikbare plaatsen zoals hoeken kunnen bereiken en repareren.
Hoewel de uiteindelijke hoop is dat robots zelf eventuele schade aan het ruimtestation kunnen beoordelen en repareren, moeten er vanwege mogelijke verstoringen van de normale werking mensen klaarstaan om in te grijpen. Mogelijke verstoringen kunnen natuurlijk zijn, zoals een kleine meteorenregen die de robot beschadigt, of door mensen veroorzaakt, zoals hacken door een vijandige groep of staat.
Voor het soort activiteiten dat we in de toekomst willen uitvoeren, zal deze samenwerking tussen mens en robot van groot belang zijn. Het bouwen van een basis op de maan, zoals zowel de VS als China van plan zijn, zal constructiewerk en boren met zich meebrengen, wat mensen niet alleen kunnen doen. Moderne ruimtepakken zullen een interface moeten bieden om met deze nieuwe technologie te kunnen werken en we kunnen verwachten dat de pakken gelijke tred zullen houden met de robotica.
De relatie tussen mensen en robots is aan het veranderen. Het gaat verder dan ruimtewandelingen en het eerdere gebruik van robots als beperkte hulpmiddelen, naar een situatie waarin ze coöperatieve partners in de ruimte zijn. De doelen van over tien of 20 jaar, zoals het bouwen van maannederzettingen, het onderzoeken van minerale afzettingen op de maan en het efficiënt repareren van ruimtestationmodules kunnen alleen worden bereikt met robotica.
Moderne ruimtepakken zullen een belangrijke basis vormen voor deze samenwerkingsrelatie en de interface vormen waarin astronauten en robots kunnen samenwerken om gezamenlijke doelen te bereiken. Dus wanneer we opnieuw onze voetafdrukken achterlaten op andere werelden, zullen we niet langer alleen zijn.
Yang Gao heeft financiering ontvangen van UKRI, UKSA en ESA voor het uitvoeren van ruimteonderzoek.
