Hoe kunnen astronauten bij toekomstige langdurige ruimtemissies overleven? Bevoorrading is bij missies ver in het zonnestelsel moeilijk. Met het programma MELiSSA wil ESA een zelfvoorzienend life support-systeem op punt stellen. Een tijdje geleden kreeg MELiSSA in België academische erkenning via een eredoctoraat van de Universiteit Antwerpen. Christophe Lasseur van de ESA-afdeling Life Support & Physical Sciences Instrumentation leidt het programma MELiSSA. Hij kreeg een eredoctoraat van de Faculteit Wetenschappen van de Universiteit Antwerpen op 30 maart laatstleden in een heel drukke periode in de ondertussen 27-jarige geschiedenis van MELiSSA, een afkorting voor Micro-Ecological Life Support System Alternative.
Momenteel voeren astronauten regelmatig langdurige ruimtemissies uit aan boord van het internationaal ruimtestation ISS. Daarbij is regelmatige bevoorrading door onbemande vrachtruimteschepen nodig. Omdat het ISS op een afstand van amper enkele honderden kilometer boven onze hoofden rond de aarde draait is dat vrij eenvoudig. Maar wanneer de verkenners van de ruimte zich in een niet te verre toekomst verder in ons zonnestelsel gaan begeven - naar planetoïden, de planeet Mars of andere hemellichamen - is deze manier van bevoorrading onpraktisch en is er een zelfvoorzienend systeem voor levensondersteuning (life support) van de astronauten nodig.
Met het programma MELiSSA, waaraan 11 landen meewerken, onderzoekt ESA hoe een dergelijk systeem ruimtevaarders in de toekomst kan voorzien van levensnoodzakelijke zuurstof en water en voedsel. Christophe Lasseur ziet zichzelf zowel als een ingenieur en een onderzoeker. ‘MELiSSA is eigenlijk ook een mix van die twee’, meent hij. Voor de uitreiking van het eredoctoraat waren MELiSSA en het leven in de ruimte het voorwerp van een symposium, waaraan ook de Belgische ESA-astronaut Frank De Winne – momenteel het hoofd van het Europese opleidingscentrum voor astronauten (EAC) – een bijdrage leverde. De Winne heeft heel wat ervaring opgedaan met lange vluchten in de ruimte. Hij vloog twee keer naar het ISS: in 2002 voor een korte vlucht van acht dagen en in 2009 voor een lange missie van een half jaar. Daarbij werd hij de eerste ISS-commandant die niet uit Rusland of de Verenigde Staten kwam.
‘MELiSSA wordt wel eens vergeleken met het bekende experiment Biosphere 2 uit het begin van de jaren ’90, maar wij gaan heel anders tewerk’, aldus Christophe Lasseur. ‘Zij sloten zich volledig af van de rest van de wereld om te zien hoe een aparte biosfeer zichzelf zou stabiliseren. We volgen daarentegen een deterministische benadering, waarbij we alle processen zo gedetailleerd mogelijk kenmerken als een eerste stap om ze te recreëren. We baseren ons daarbij op de ondertussen verworven kennis.’ MELiSSA is een programma met veel aspecten en talloze projecten waaraan universiteiten en de industrie in heel Europa en zelfs ook Canada meedoen. Een belangrijk moment voor het programma vond plaats in 2001 toen een eerste experiment de ruimte inging. In 2009 volgde een nieuwe mijlpaal: de inauguratie van de MELiSSA Pilot Plant aan de Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) in Spanje. ‘Deze Pilot Plant omvat een uit verschillende onderdelen bestaande lus die uiterst luchtdicht is, net zoals het ISS’, zegt Lasseur. ‘Vorig jaar activeerden we een fotobioreactor met een algencultuur waarmee we een ‘bemanning’ van drie ratten telkens gedurende bijna zes maanden in leven konden houden. De algen produceren zuurstof en houden koolstofdioxide vast, de ratten doen net het omgekeerde.’
‘We voeren overigens helemaal geen proeven op dieren uit. De ratten hoeven alleen maar te ademen en hebben het heel comfortabel alvorens we ze teruggegeven aan de veterinaire diensten van de universiteit. De algen krijgen licht, warmte en voedingsstoffen toegediend zodat ze de volgens ons wiskundig model berekende vereiste hoeveelheid koolstofdioxide kunnen vasthouden en de voor de ratten nodige zuurstof kunnen produceren.’ ‘Om de degelijkheid van ons model te kunnen valideren testen we het met verschillende gewenste waarden en schakelen we in de loop van de tijd over tussen verschillende configuraties.’ ‘In de Pilot Plant worden steeds nieuwe elementen, ontwikkeld door de verschillende partners van MELiSSA, geïntegreerd om ze systematisch en op lange termijn te karakteriseren en te testen.’
MELiSSA probeert een gestroomlijnde versie te recreëren van aquatische ecosystemen op de aarde, maar dat plaatst ingenieurs voor enorme uitdagingen. Er zijn gedetailleerde modellen nodig van basisprocessen en ze moeten besmetting en degradatie verhinderen. In september vliegt het volgende MELiSSA-experiment naar het ISS. ArtemISS of Arthrospira gene Expression and mathematical modelling on cultures grown in the International Space Station moet met behulp van een fotobioreactor onderzoeken hoe de toestand van gewichtloosheid en straling de groei van algen beïnvloeden. Later volgen ratten die met behulp van bioreactoren moeten overleven. Het duurt allicht nog heel jaren alvorens een heus regeneratief life support-systeem op punt zal staan, waaraan mensen hun leven kunnen toevertrouwen. De deelnemers aan MELiSSA zien het als een inspanning van 50 jaar. Maar nu al heeft MELiSSA heel wat vruchten afgeworpen met honderden academische artikels en patenten voor spin-offs in domeinen als de bereiding van voedsel, zuivering van watering en microbiële veiligheid.
Christophe Lasseur benadrukt de diversiteit van een programma als MELiSSA, dat net zoals de ecosystemen die het onderzoekt in de loop van de tijd een grote veerkracht heeft ontwikkeld. ‘ESA coördineert het programma, maar er zijn heel veel bijdragen van de verschillende partners en andere organisaties.’ ‘We boeken in domeinen als waterbeheer, de circulaire economie, stedelijke landbouw en milieubeheer een grote vooruitgang. We zien in Europa een enorme motivatie en dat houdt ons bezig.’ Ook ons land is een actieve deelnemer aan MELiSSA met bijdragen van onder meer de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO) en het Studiecentrum voor Kernenergie (SCK), allebei in Mol.
Bron: ESA
