Deze eeuw moeten er voor het eerst mensen naar Mars gaan. Hoe ziet zo’n zes tot acht maanden durende reis eruit? En wat zijn de grootste gevaren, zowel tijdens de vlucht als op de rode planeet? De Ingenieur schetst de problemen en de oplossingen aan de hand van het verhaal van Erica, een van de ruimtereizigers in de toekomst.
Erica zit wat ongemakkelijk in de grote stoel. Ze probeert zich te ontspannen voor het opstijgen. Er klinkt een oorverdovend geraas en ze voelt de G-krachten op haar borstkas drukken. Het lijkt even alsof het nooit ophoudt, het drukkende gevoel, de herrie. Maar een paar minuten later wordt het rustiger. Het ruimteschip is de dampkring uit en bevindt zich in een baan rond de aarde. Nog even doordrukken en dan zijn ze eindelijk echt op weg naar Mars, een reis die zes tot acht maanden zal duren.
Eenmaal veilig in de ruimte mogen de gordels los en zweeft Erica door de cabine op weg naar haar eigen kajuit. Nou ja, kajuit … Alles mag niet te veel plaats innemen, dus zij en haar vijf medepassagiers hebben een slaapzak die je in een nisje zet – dat is het. Gaat het lukken om dit maandenlang te doorstaan?
Erica is na een jarenlang selectieproces uitgekozen om de raketvlucht naar Mars te wagen. Massaal toerisme naar de rode planeet
is nog niet mogelijk – en veel ruimtevaartdeskundigen twijfelen
of het ooit zo ver komt – maar er mogen wel steeds meer verschillende mensen de ruimte in. De ruimteschepen zijn tegenwoordig voor het grootste deel betrouwbaar en duurzaam genoeg om de heen- en terugreis te kunnen maken. Het leven op Mars is zwaar en oncomfortabel, volgens de mensen die na een lange reis terugkomen. De omstandigheden in het ruimteschip zijn een voorproefje van de situatie op de rode planeet, maar dan nog ingewikkelder, want er is tijdens de reis geen zwaartekracht.
Erica kijkt uit een van de raampjes van het ruimteschip. Ze ziet de aarde langzaam steeds kleiner worden. Ze voelt zich als een klein meisje dat met haar ouders op vakantie gaat en van huis weg rijdt. Langzaam ziet ze haar thuis steeds kleiner worden. Het thuis waar ze 35 jaar lang leefde, waar haar familie en vrienden zijn. Ze laat het allemaal achter, om een groot avontuur aan te gaan. Ze is een astronaut op weg naar Mars.
‘Niemand weet precies hoe het voelt om de aarde uit het zicht te verliezen’, vertelt dr. Angelo Vermeulen. Hij deed op een Hawaiiaans eiland drie maanden mee aan een simulatie van een verblijf op Mars. Bij dit Hawaii Space Exploration Analog and Simulaton-project zet de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA een groepje mensen in een afgelegen gebied en bootst daar de eenzame en moeizame omstandigheden van een verblijf op Mars na. Toch blijkt de eenzaamheid maar moeilijk te simuleren.
Ook de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, die soortgelijke experimenten doet met een onderzoeksstation op Antarctica waar mensen negen maanden lang onbereikbaar zijn, weet niet zeker hoe eenzaam het op Mars zal zijn. Maar dat het heel eenzaam is, is duidelijk. Op Mars is het onmogelijk om live een gesprek via Skype te voeren, omdat er 45 minuten communicatieverstoring is. Volgens Vermeulen valt het missen van vrienden en familie echter mee, doordat je close bent met je medereizigers.
Trainen
Ook al maken sinds de start van de reizen naar Mars steeds meer mensen kans om de ruimte in te gaan, astronaut worden blijft moeilijk. Zelfs als je niet hoeft te weten hoe alle systemen en knopjes werken, vereist het een maandenlange training. Je moet in een opperste fysieke conditie verkeren om de moeilijke omstandigheden aan te kunnen. Het gebrek aan zwaartekracht is slecht voor een ongetraind lichaam, zeker als het voor langere tijd is.
Erica traint daarom tijdens de reis elke dag een uur of twee: gewichtheffen, op de loopband die speciaal is gemaakt om in gewichtloosheid te gebruiken, en op de spinningfiets. Dat alles moet haar spieren en botten, die plotseling weinig te doen hebben in gewichtloze toestand, fit houden. Ze zal haar kracht straks op Mars nodig hebben voor het doen van onderzoek, het verbouwen van planten, het sjouwen van ruimteafval en het aanleggen van honderden zonnepanelen.
‘Het gebrek aan zwaartekracht doet allerlei dingen met je’, vertelt dr. Marc Heppener, Chief Science Officer op het gebied van Human Spaceflight bij ESA. ‘Je spieren verslappen, omdat je ze niet meer gebruikt om tegen de zwaartekracht te vechten. Op celniveau heeft het gebrek aan zwaartekracht ook allerlei effecten. Je bloedsomloop verandert, evenals je hormoonhuishouding en immuunsysteem. En je botmassa neemt langzaam maar gestaag af. Het duurt jaren voordat die weer op orde is.’ Hoewel dit allemaal ingrijpende veranderingen zijn voor een mensenlichaam, zijn we toch relatief flexibel. ‘Na een paar dagen is je bloedsomloop gewend aan gewichtloosheid en kun je weer redelijk normaal functioneren.’
Trainen helpt om spier- en botverlies tegen te gaan, maar bij een landing op Mars kan de plotselinge overgang van een omgeving zonder naar een omgeving met zwaartekracht zwaar zijn. ‘Terugkerende astronauten zijn vaak een tijdje licht in het hoofd, omdat het hart het bloed plots weer harder moet rondpompen. Ze willen even zitten en veel rusten. Op Mars kan dat niet. Al tijdens de landing kun je wazig worden, terwijl dat juist het moment is waarop de piloot op zijn scherpst moet zijn. Dat is mogelijk op te lossen door de piloot tijdens de reis regelmatig in een centrifuge te zetten, zodat hij gewend blijft aan zwaartekracht.’ Uiteindelijk, als ruimtereizen routine worden, voorziet Heppener
zelfs ruimteschepen die de hele reis lang om hun as roteren om gewone zwaartekracht te simuleren.
Verveling
Het is saai aan boord van het ruimteschip. Om geld en brandstof te besparen, is de ruimte beperkt. De leefomgeving is niet het enige
dat kleiner is dan Erica zou willen. Ze loopt de groentekas in, die uit niet meer bestaat dan een paar plateaus met daarin afgesloten bakjes water. Een pomp- en sensorsysteem houdt nauwkeurig de samenstelling van de voedingsstoffen in het water bij en voegt stoffen als nitraat toe wanneer ze onder een kritische grens komen. Het is een gestroomlijnd systeem waarmee in de maanden op weg naar Mars behoorlijk wat vers eten voor de bemanning is te produceren. Een vierkante meter aan waterbakjes met sla levert genoeg groenvoer voor een persoon om acht maanden van te eten. Elk bemanningslid heeft zijn eigen vierkante meter. Erica besloot om naast de sla wat kerstomaatjes te planten, voor de smaak en variatie. Na een paar weken in de ruimte is de eerste hoeveelheid bladgroenten klaar voor de oogst.
Het lijkt leuk, een volkstuintje in de ruimte, maar eigenlijk is het dodelijk saai. Het pompsysteem doet al het werk; alleen het oogsten op gezette tijden is nog mensenwerk. Ze mist thuis, waar ze een prachtig moestuintje had. Het was zwaar werk om haar saaie rijtjeshuistuin om te bouwen tot een productief groentefabriekje, maar dat harde werk zorgde er juist voor dat ze trots was. In de ruimte mist ze het in de klei wroeten met je handen, het hopen dat het goed komt met de geplante zaden als het vriest, en de fysieke zorg die de planten nodig hebben. Dit is precies zoals ze het had verwacht op een ruimteschip: klinisch, koud en efficiënt.
Natuurlijk begrijpt ze dat het zo moet. Haar schema zit ook al propvol tijdens de reis. Los van het verplichte sporten moet ze systemen checken, is er onderhoud nodig, en moet ze koken. Dat laatste gaat niet makkelijk als alles waar je mee kookt gewichtloos is. Daarom is het handig dat de sla en tomaten rauw zijn te eten; dan kun je ze meteen in je mond stoppen en hoef je ze niet te bewaren of te bakken.
Aan de Wageningen UR doen wetenschappers fanatiek onderzoek naar voedsel verbouwen in de ruimte en op Mars. De experimenten gaan vrij goed, volgens prof.dr.ir. Leo Marcelis. ‘De zwaartekracht is voor planten, net als voor mensen, geen onoverkomelijk probleem.’ Hij kweekt sla, omdat dat snel en makkelijk ruimtevoedsel is. NASA plantte een tijdje terug al sla in de ruimte. ‘Dat waren echter wel zielige blaadjes’, stelt Marcelis. Er valt nog een heleboel te verbeteren door te onderzoeken welk licht en welke watersamenstelling planten het fijnst vinden in de ruimte.
Grootste punt van zorg is de balans van voedingsstoffen in de waterbakjes waar de plant in staat. Die moet constant goed zijn; vandaar dat een geavanceerd pompsysteem onmisbaar is. Zo’n systeem raakt echter snel uit balans, bijvoorbeeld doordat de gerecyclede urine van een astronaut antibiotica bevat.
Een volledig gesloten, circulair systeem is de droom van de onderzoekers van het ESA-project MELiSSA. Zij mikken op een systeem dat water, uitwerpselen, zuurstof en CO2 hergebruikt en zo een langere missie zonder enorme voorraden mogelijk maakt. Dat zoiets mogelijk is, bleek vorig jaar: in een volledig afgesloten ruimte hielden onderzoekers ratten in leven dankzij door algen gemaakte zuurstof. ‘De grootste uitdaging voor de komende jaren is het samenvoegen van alle verschillende systemen. Het in elkaar passen van zoveel nieuwe techniek is lastig’, vertelt projectleider dr. Christophe Lasseur. ‘Dat kost veel tijd en geld. Over tien jaar moet onze proefinstallatie in Barcelona af zijn.’
Vlees
Iedereen is doordrongen van het effect dat voedsel tijdens zo’n lange reis heeft op de psychologische gesteldheid. Gedehydrateerd voedsel, ingeblikte peulvruchten en groenten, en sauzen in poedervorm verdrijven de honger, maar mensen voelen zich prettiger bij het eten van gevarieerder voedsel. Als je de hele dag scherp moet zijn, is dat onmisbaar. De rucola en lollo rosso in de waterbakken is speciaal uitgezocht op hun korte groeitijd, zodat de bemanning zo snel mogelijk wat ‘echt’ eten in zijn mond krijgt.
Erica moet grotendeels leven als een vegetariër. Ze at al weinig vlees op aarde, maar de wetenschap dat ze nu drie jaar lang geen enkel stukje dierlijk eiwit binnenkrijgt, valt haar op sommige momenten zwaar. Andere bemanningsleden zijn er nog slechter aan toe – vooral degenen die wel hielden van een flinke biefstuk, kauwen wat ontevreden op de slablaadjes. Ze hebben gedroogd vlees meegekregen, maar de voorraad is beperkt. Iedereen zit op rantsoen om te zorgen dat ze over twee jaar, tijdens de terugreis, ook nog wat over hebben.
Knutselen
Het is tijd om de systemen te controleren. Erica kijkt naar een paar meters op een meegebrachte tablet, die in een oogopslag de status van de systemen toont. De zuurstof-koolstofdioxiderecycling werkt nog. Het plas- en poepverwerkingssysteem, dat de voeding voor de planten levert, doet het gelukkig ook goed.
Erica is mee als geoloog, om op de rode planeet bodemonderzoek te doen. Hopelijk heeft ze sneller resultaat dan de verschillende Marsprojecten van de afgelopen tijd. Het verzamelen en vervolgens opsturen naar aarde via miniraketjes bleek een helse taak, om van de analyse achteraf nog maar te zwijgen.
Dat ze mee mocht op deze missie, kwam doordat ze wel wat wist van techniek. Als hobbyknutselaar zette ze op aarde regelmatig iets in elkaar voor de lol. Als kind al haalde ze een wekker uit elkaar om hem daarna op een andere manier weer in elkaar te zetten, gewoon omdat het kon. Wist zij veel dat dat geknutsel later physical hacking genoemd zou worden en een onmisbare vaardigheid voor een astronaut zou blijken. Haar knutselervaring was al een paar keer goed van pas gekomen. Met ducttape, het ideale, universele reparatiemateriaal in de ruimte, heeft ze vaak noodverbandjes aangelegd totdat de overwerkte ingenieur aan boord tijd had om ernaar te kijken voor een echte reparatie.
‘Het is essentieel dat iedereen aan boord multidisciplinair is’, vertelt Vermeulen. Er moet ook overlap zitten in de vaardigheden van de astronauten. Als er iemand uitvalt, dan is er een back-up. De bemanning moet volgens Vermeulen ook bedreven zijn in physical hacking, het in elkaar knutselen van dingen op onconventionele wijze. ‘Niemand kan voorspellen wat er tijdens een lange reis gebeurt. Improviseren zal onvermijdelijk zijn, dus de mensen aan boord moeten dat kunnen.’ Zelf deed hij dat tijdens zijn ‘Marsreis’ ook graag. Hij knutselde onder meer een kwekerij voor kiemgroenten in elkaar.
Heppener van de ESA ziet multidisciplinariteit eveneens als onmisbaar. ‘Wij willen met zo min mogelijk mensen zo veel mogelijk overlap in skills. Volgens onze berekeningen is zes mensen ideaal; dan heb je een balans tussen wat de mensen samen kunnen en hoeveel proviand en materiaal je mee moet nemen in de raket.’ Heppener noemt bijvoorbeeld medische kennis als iets dat minstens twee mensen moeten hebben. ‘De kans dat de dokter zelf ziek wordt, is immers aanwezig. Iemand moet hem dan kunnen genezen, anders gaat het snel mis.’
Bijspringen
Erica is blij dat ze met haar noodverbandjes iets kon bijdragen, want er is bar weinig behoefte
aan geologie tijdens de reis. Acht maanden lang op je gat zitten en nutteloos zijn terwijl anderen zich uit de naad werken, zou niet goed voelen. Het blijkt ook nooit echt een optie: ze moet continu op allerlei andere gebieden bijspringen.
‘Met velen weet je meer dan alleen’, zei de crewmanager, haar gezagvoerder, aan het begin van de reis meteen. Die manager, Anna uit Frankrijk, hamerde erop dat alle crewleden een eenheid moesten zijn. Dat is de enige manier om de vlucht soepel te laten verlopen.
Al op aarde is Erica met vijf volslagen vreemden een paar weken lang op bootcamp gegaan in de Duitse wildernis – bivakkeren, problemen oplossen en socializen – om te kijken of haar karakter goed past bij de rest. Was niemand te dominant, te passief? Sloten de vaardigheden goed op elkaar aan? Het was leuk, herinnert Erica zich, maar ook zwaar. Je raakt na weken in de wildernis automatisch geïrriteerd; het is zaak om die irritaties snel een goede plek te geven. Anna wist perfect iedereen ervan te overtuigen niets weg te drukken en alles op een redelijke wijze te delen.
Dat zulke sociale werkers – oké, Anna was meer dan dat, maar haar vaardigheden lagen vooral in de gammawetenschappen – belangrijk waren voor een ruimtereis, dat hadden de meeste mensen niet verwacht. Hetzelfde gold trouwens voor de geologische skills van Erica zelf. Vrouwen in een ruimteschip zijn niet nieuw – dat gebeurde wel vaker in het internationale ruimtestation ISS – maar op zo’n riskante reis naar Mars toch kiezen voor een diverse crew en niet voor de ‘macho astronauten’ van vroeger, dat was bijzonder. De ruimtevaartorganisaties, NASA voorop, ontdekten in hun zoektocht naar de perfecte bemanning voor een Marsreis de waarde van soft skills: praten, overleggen, goedmaken, motiveren enzovoorts. Het leek een grote gok, maar al na één dag in de ruimte besefte Erica hoe belangrijk het was. Ze mocht onder geen enkele omstandigheid een hekel krijgen aan een van haar negen collega’s – of aan zichzelf.
Hoe mensen zich gedragen als ze lange tijd met één groep in een kleine ruimte zitten, is moeilijk te zeggen. Men vergelijkt de situatie in een ruimteschip wel eens met die in een onderzeeboot. ‘Maar die is groter en kan in noodgevallen meestal opduiken en het land opzoeken. Dat is bij een Marsmissie onmogelijk; daarbij ben je echt alleen op elkaar aangewezen’, verklaart Heppener. Het is dus belangrijk dat de groep elkaar door en door kent en dat karakters op elkaar aansluiten.
Vermeulen was tijdens zijn gesimuleerde Marsreis de gezagvoerder van een groep mensen. Hij was in die rol gekozen, omdat hij al jaren ervaring had met community organizing. ‘Diversiteit is voor mij het belangrijkst: verschillende afkomsten, geslachten, maar ook verschillende karakters. Het is essentieel om veel te weten, creatief te zijn en goed met elkaar om te gaan.’ Volgens Vermeulen kun je een bemanning op twee manieren aansturen: taak- of mensgericht. ‘Idealiter maak je een slimme mix van die twee. Dat is niet makkelijk en vereist dus grote vaardigheden van de aanvoerder.’
Kalender
Hoe lang zit ze nu al in het ruimteschip? De kalender zegt dat het twee maanden is; ongeveer een derde van de reis zit erop. Erica heeft echter geen besef van tijd. Ze is de hele dag druk bezig, en er is geen zon om een dag-nachtritme aan te geven. De dagen lopen in elkaar over; er is geen standaardritme dat het begin en eind van de dag aangeeft. Het doet iets met haar, mentaal. Ze kan moeilijk slapen, maar weet ondertussen dat een goede nachtrust onmisbaar is om scherp te blijven. Ze is overdag moe, maar zit toch vol met energie omdat ze altijd wel iets te doen heeft. Ze is creatiever dan ze ooit was, misschien omdat er niets anders is te doen dan zelf dingen bedenken.
‘De vloeibaarheid van tijd was voor mij een van de onverwachte effecten van een langdurende missie’, vertelt Vermeulen. ‘Je bent druk en de dagen gaan snel, maar omdat je omgeving, zowel het schip als het uitzicht, nooit verandert, wordt tijd vloeibaar. Dat is onwerkelijk. Daarnaast kregen mensen in mijn team slaapproblemen.’
Kapot
Eigenlijk gaan er aan de lopende band dingen kapot in het ruimteschip. Ook al is de techniek het afgelopen decennia veel betrouwbaarder geworden, er zijn zoveel verschillende onderdelen die met elkaar samenwerken dat er altijd wel iets misgaat. Gelukkig kan de crew de meeste problemen zelf oplossen.
Eén keer ging het echt mis met een luchtfilter. Zelfs de ingenieur aan boord wist niet precies wat er moest gebeuren. ‘Dit is net de Apollo 13’, grapte iemand toen nog. Gelukkig was het ondersteunende team op aarde alert. Aan de hand van een video
met daarop het kapotte onderdeel wisten ingenieurs in het controlecentrum te achterhalen wat het een probleem was. Ze verzonnen
een oplossing die het tot Mars kan houden, en sturen ondertussen reservemateriaal op voor een echte reparatie.
Landing
Met het logge, veel te warmte ruimtepak aan zet Erica haar eerste stappen op de rode planeet. Dit is het moment waarop ze al die tijd heeft gewacht. Ze is nerveus; nog nerveuzer dan voor haar reis begon. Er zijn natuurlijk eerder mensen naar Mars geweest, maar het blijft riskant: gaat er iets mis, dan gaat het ook meteen goed mis.
Mars voelt raar. Via een centrifuge-apparaat aan boord heeft Erica voor de landing al een beetje kunnen wennen aan de zwaartekracht op Mars, slechts 0,38 keer de zwaartekracht van aarde. Maar ze voelt zich toch licht in haar hoofd. Het zonlicht voelt ook gek. Het wordt deels geblokkeerd door het dikke vizier van het ruimtepak en is deels ook ijler doordat Mars verder van de zon staat. Het is koud op Mars.
Lang heeft ze echter niet om te herstellen, want er moet meteen werk worden gedaan. Ze gaat op zoek naar de van tevoren in een onbemande raket opgestuurde shovel. Daarna begint ze met het ophopen van de Marsgrond. Dit wordt de basis voor een ondergrondse bunker, de woonplek voor de komende jaren. Het lijkt amateuristisch, bijna kinderachtig, om een fort te maken van grond, maar het is de goedkoopste en simpelste manier om de kosmische straling tegen te houden. De deeltjes zijn gevaarlijk voor mensen, zoals alle straling dat is. De atmosfeer van Mars houdt die deeltjes niet tegen, zoals de atmosfeer op aarde of het beschermende chassis van het ruimteschip dat doet. Twee jaar lang gebombardeerd worden met radioactieve deeltjes is ongezond en de missie moet zo min mogelijk impact hebben op de gezondheid van Erica en haar collega’s.
Ingraven lijkt een van de slimste oplossingen tegen de straling op Mars. Die straling vormt een groot probleem. Volgens grove schattingen heeft een Marsreiziger enkele tot tientallen procenten kans op een dodelijke tumor als gevolg van de straling. Een laag van een meter of twee Marsgrond absorbeert de radioactieve deeltjes en voorkomt dus dat iemand continu aan de straling blootstaat.
Eenmaal ondergronds moet er een leven worden opgebouwd. ‘Landbouw is daarvoor van psychologisch en praktisch belang’, vertelt dr.ir. Wieger Wamelink van de Wageningen UR. Hij probeert met imitatie-Marsgrond planten te verbouwen. Tot nu toe gaat hem dat goed af. Door eerst stikstofproducerende planten te laten groeien, is de arme Marsgrond rijk te maken. Daarna is deze in principe klaar voor voedzame gewassen, zoals aardappels. ‘Maar veel is nog onbekend. Zijn er bijvoorbeeld aardwormen nodig? En helpen de bacteriën die hier in de grond zitten bij de groei van planten? Als dat zo is, dan moeten we die micro-organismen meenemen vanaf aarde.’
Het verbouwen van de planten moet vanwege het ingraven op Mars ondergronds gebeuren, met ledlicht. ‘Dat hoeft geen probleem te zijn, want in kassen groeien planten op aarde ook fantastisch. We kunnen zelfs hommels meenemen om alles te bevruchten. En misschien kan er zelfs een bevrucht ei mee om op Mars kippen te hebben, als huisdier, bron van eieren én mestproducent.’
Na een dag hard werken heeft Erica de koepel van Marsgrond klaar. Een metertje van de rode aarde beschermt voldoende tegen de slechte straling. Ondertussen heeft de rest van het team de eerste zonneboerderij opgezet en de woonkoepel van binnen klaargemaakt. Erica stapt naar binnen en trekt haar ruimtepak uit. De eerste dag op Mars zit erop. Nog twee jaar te gaan tot de terugreis naar de aarde begint.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.