Een programma met een internationaal karakter: experimenten in microzwaartekracht ten dienste van wetenschap en technologie

Het Russische ruimteschip dat m de zes maanden vervangen wordt is een reddingssloep voor de vaste bemanning aan boord van het ISS. De Odissea-missie is de derde gelegenheid waarbij een Europese astronaut met een taxi-vlucht van een Sojoez kan meevliegen. Eerder waren er de missies Andromède met de Franse astronaute Claudie Haigneré (21-31 oktober 2001) en Marco Polo met de Italiaan Roberto Vittori (24 april-5 mei 2002).

Een internationale missie

Als ESA-astronaut moet de Belgische piloot Frank De Winne tegelijk zijn capaciteit tonen als boordingenieur van de Sojoez, als onderzoeker aan boord van het ruimtestation en als pedagoog tijdens educatieve activiteiten. Odissea duurt 11 dagen en biedt de gelegenheid een uitgebreid programma van wetenschappelijke en technologische experimenten uit te voeren. Om die reden was de voorbereiding van dit experimentele programma een belangrijk onderdeel van de opleiding van Frank De Winne. Hij verwoordt het als volgt: 'Ik denk dat ik deze vlucht het best kan omschrijven als internationaal met een Belgisch accent. Ik vlieg als boordingenieur aan boord van een Russische Sojoez. Ik voer zowel in de Russische als de Amerikaanse delen van het internationaal ruimtestation experimenten uit. Daarbij zijn niet alleen Belgische onderzoekers betrokken, maar ook onderzoekers uit heel Europa en de rest van de wereld.'

Frank De Winne is dus de eerste 'bezoeker' van het ISS die zowel in de Russische modules als in de Amerikaanse elementen van het ruimtestation werkt. Voor vier van de experimenten gebruikt hij de Microgravity Science Glovebox (MSG) van het Europees ruimtevaartagentschap ESA. Het bevindt zich in de Destiny-module van de Amerikaanse NASA. Als onderzoeker voert hij experimenten uit in verband met de biologie, de geneeskunde, de vloeistoffenfysica en onderzoek van nieuwe materialen. Hijzelf is het studieobject van experimenten in verband met de menselijke fysiologie.

Microzwaartekracht krijgt voorrang

De verschillende experimenten worden uitgevoerd in de microzwaartekrachtomgeving aan boord van het station. De afwezigheid van gewicht, of gewichtloosheid, is het gevolg van het feit dat men zich in een baan om de aarde permanent in vrije val bevindt. Ruimtetuigen 'vallen' rond de aarde met een snelheid van 28.000 kilometer per uur, zo'n 7800 meter per seconde! Om experimenten te kunnen uitvoeren die niet verstoord worden door de aardse zwaartekracht moet apparatuur naar een baan om de aarde worden gestuurd. Om ze daar te krijgen is een snelheid van 7,8 kilometer per seconde nodig. De energie die daarvoor nodig is wordt geleverd door raketten.

De apparatuur is beperkt in massa en omvang. Voor Odissea kon ESA 70 kilogram aan apparatuur meesturen met de onbemande 'ruimtecargo' Progress M1-9, op 25 september gelanceerd naar het station. Aan boord van het orbitale gedeelte van de Sojoez TMA-1 ging op 30 oktober nog eens 15 kilogram in compacte containers de ruimte in. Dit orbitale deel bevindt zich op de capsule waarin Frank De Winne zich tijdens de lancering bevond, samen met zijn commandant Sergej Zaljotin en tweede boordingenieur Joeri Lontsjakov.

Een stricte planning

De uitvoering van de experimenten volgt een strikte planning, uitgewerkt tijdens talrijke simulaties op de grond. Het strikte tijdschema bepaalt het verloop van de activiteiten van Frank De Winne in het ISS. Gedurende de 9 dagen en 5 uur die hij aan boord van het station verblijft worden een veertigtal uur besteed aan het experimentele programma. Zijn commandant Zaljotin helpt hem daarbij gedurende een tiental uur als onderwerp van medische proeven of als assistent bij de opzet van apparatuur. De operaties voor de Odissea-missie worden gecoördineerd vanuit het Taxi Flight Operations Coordination Centre (TOCC) in het ESA-centrum ESTEC in Noordwijk (Nederland).

Het verloop van de experimenten van Belgische onderzoeksteams gaat via het B.USOC (Belgian User Support and Operation Centre), dat zich bevindt op de derde verdieping van het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA) te Ukkel. Sommige universitaire laboratoria, zoals het MRC (Microgravity Research Centre) van de ULB, hebben de nodige uitrusting om hun experimenten op te volgen. Resultaten worden onder de vorm van stalen in containers of opgenomen gegevens en beeldmateriaal met de landingscapsule van de Sojoez TM-34 naar de aarde gebracht. Aan boord daarvan keren de kosmonauten Zaljotin, Lontsjakov en De Winne naar de aarde terug in de steppen van Kazachstan. Ze zullen tot 15 kilogram aan materiaal meebrengen.

Hierna volgt een korte beschrijving van het twintigtal experimenten dat Frank De Winne tijdens zijn verblijf aan boord van het International Space Station moet realiseren. Sommige experimenten maken gebruik van apparatuur die ontwikkeld werd voor de Andromède-missie van oktober 2001 (de Aquarius-apparatuur, Portapress en de apparatuur LSO/Lightning and Sprites Observations,).

Biologie

• Vitamin D:
  Studie van beencellen: werkingsmechanisme van vitamine D op de osteoblasten.
  [ Presentatie Vitamin D ]

   

• Rho signalling:
  Studie van bindweefsel: studie van de microzwaartekrachtgeïnduceerde mechanische gevolgen op de 'signalling' door de GTPases Rho.
  [ Presentatie Rho signalling ]

   

• Ramiros:
  Studie van de gevolgen van microzwaartekrachtstraling in het ruimtestation - studie van de celveroudering.
  [ Presentatie Ramiros ]

Microbiologie

• Message:
  Expressie van bacteriële genen in de ruimte.
  [ Presentatie Message ]

Cardioscience / Cogniscience

• Cardiocog:
  Cardiowetenschappelijke studie: invloed van microzwaartekracht op de cardiovasculaire functie en de aanpassing van het cardiopulmonaal apparaat aan microzwaartekracht.
  [ Presentatie Cardiocog ]

   

• Neurocog:
  Neurosensorisch onderzoek: directed attention brain potential in een virtuele 3-D oriëntatie.

Menselijke fysiologie

• Sympatho:
  Sympathoadrenal activiteit in de ruimte.

   

• Virus:
  Gaat na of de fysische en psychologisch stress tijdens een ruimtemissie latente virussen en ziekten kan reactiveren.

   

• Sleep:
  Bekijkt hoe een ruimtevlucht de lichaamscycli en slaap van een astronaut beïnvloedt. Voor dit onderzoek zal Frank continu een horlogeachtig meettoestel, de Actilight Watch, rond de pols hebben.

Fysische wetenschappen

• GCF:
  Studie van de kristallisatie van proteïnen in capillaire buizen met behulp van de 'counterdiffusion' techniek - met behulp van een GCF-apparaat (Granada Crystallisation Facility).
  [ Presentatie GCF ]

   

• Zeogrid:
  Studie van de structuur en morfologie van zeogrids onder microzwaartekracht. Een zelfstandig systeem dat, zodra het geactiveerd is, gedurende 1 maand in de Russische module dienst zal doen.
  [ Presentatie Zeogrid ]

Fysische wetenschappen in de MSG

• DCCO (*)
  Meting van diffusiecoëfficiënten in ruwe oliën.
  [ Presentatie DCCO ]

   

• Nanoslab (*)
  Studie van de synthese van zeolieten via de spontane organisatie van elementaire nanoslabs.
  [ Presentatie Nanoslab ]

   

• Promiss (*)
  Follow-up van de groei van proteïnekristallen via digitale holographische microscopie.
  [ Presentatie Promiss ]

   

• Cosmic (*)
  Studie van thermoresistente composieten en composieten met een metaalmatrijs: synthese door verbranding.
  [ Presentatie Cosmic ]

Aardobservatie

• LSO
  Bestudeert de zichtbare effecten van de ionosfeer van de aarde en het verband met onweer en aardbevingen.

Educatieve projecten

• Video
  Hierbij worden voor educatieve doeleinden videobeelden gemaakt van eenvoudige natuurkundige verschijnselen.

   

• ARISS
  Radiocontact zal worden gemaakt met Belgische scholen.

Metingen op aarde

• Chromosomes
  Gaat na hoe chromosomen beschadigd worden als gevolg van ioniserende straling.
  [ Presentatie Chromosomes ]

   

• Xenon-1
  Gaat voor en na de vlucht na hoe het lichaam de bloedstroom controleert in rechtopstaande toestand.
  [ Presentatie Xenon-1 ]

   

• Aorta
  Voorspellen van de zogenaamde orthostatische intolerantie.
  [ Presentatie Aorta ]

(*) Onderzoek met de Microgravity Science Glovebox (MSG) apparatuur.