Til hovedinnhold

Astronautenes ekstra nese

Astronautenes ekstra nese

Publisert 20. juni 2017
Norsk-tysk hitech-sensor som ser gasser, skal hindre at noen puster inn farlige stoffer når de er på jobb – i verdensrommet.
Main intro image
400 kilometer over bakken, i romstasjonen ISS, er det ikke bare å stikke hodet ut for å trekke frisk luft, om helseskadelige gasser skulle lekke inn i innemiljøet til NASA-astronaut Peggy Whitson og kollegene hennes. Nå utvikler norske og tyske teknologer ny og rask teknologi for overvåking av inneluften i romstasjonen. Foto: NASA

– Astronauter må få beskjed raskt hvis helsefarlige eller ubehagelige gasser skulle havne i

Fakta om gassmåle- systemet ANITA

 

* ANITA ser og skjelner mellom ulike gasser ved å måle hvordan de absorberer (tar opp i seg) infrarød stråling. Infrarøde stråler (også kalt varmestråler) består av usynlige "farger", fordelt over et optisk spektrum, slik synlig lys består av ulike synlige farger.

* ANITA sender infrarøde stråler gjennom gasser og videre til en detektor. De målte strålene gir instrumentet viktig informasjon. Nøkkelen er at ulike gasser absorberer (tar opp i seg) infrarøde stråler i ulik grad i de ulike usynlige "fargene" – "farger" ANITA kan skille mellom når systemet måler infrarøde spektre.

* I de infrarøde spektrene har hver gass sitt eget "fingeravtrykk". Men "fingeravtrykkene" ligger i stor grad oppå hverandre. ANITA klarer likevel å skille dem fra hverandre ved hjelp av avanserte simuleringer og statistiske analyser utført på forhånd.

* Når målingene foretas, kan spektrene analyseres lynraskt. Derfor kan ANITA identifisere og bestemme konsentrasjonen av de ulike komponentene også i kompliserte gassblandinger, f.eks. i innelufta i et rom.

* SINTEFs arbeid med ANITA utføres på oppdrag for ESA (European Space Agency), med støtte fra Norsk Romsenter.

inneluften deres. For i verdensrommet kan de ikke bare åpne vinduet og lufte, sier SINTEF-forsker Atle Honne. 

Som barn leste han alt han fant om stjernene. 50 år seinere kom deler av livsverket hans opp på himmelhvelvingen. 400 kilometer over jorden. Honne er en av arkitektene bak gassmålesystemet ANITA, som i 2007-08 overvåket innelufta på testbasis i den internasjonale romstasjonen ISS.

Nå har den europeiske romfartsorganisasjon ESA bestilt en ny og mer kompakt og avansert versjon av målesystemet, i første omgang for demonstrasjon og bruk på ISS. Men planen er å bruke teknologien også på framtidige bemannede reiser lengre ute.

Gir tidlige varsler

Scott Hovland leder ESAs enhet for forskningsutstyr og teknologi som brukes i ISS.  Han skryter gjerne av den tysk-norske sensorens egenskaper. Deriblant arbeidstempoet.

– Tidlige varsler av forurensninger er viktig, fordi det gir astronautene sjansen til å iverksette mottiltak ved gasslekkasjer eller svikt i luftrensingen. I tillegg er ANITA-teknologien i stand til å oppdage gasser som vi aldri hadde forventet å finne i innemiljøer i verdensrommet. Dette er en veldig viktig egenskap, sier Hovland.

Ser både elefanten og myggen

Målesystemet har norske og tyske foreldre. Tyske, nåværende OBH System AG har utviklet selve instrumentet. Ved SINTEF har Atle Honne og kollegene hans utviklet metoden systemet bruker til å tolke måledata.

Vanligvis analyserer gassmålesystemet ANITA luften nær instrumentet helautomatisk. Men om ønskelig kan luftprøver også samles fra andre steder og mates til utstyrsenheten i gassposer, slik Atle Honne, en av systemets fedre, demonstrerer her. Foto: Jan Helstad / SINTEF

ANITA-teknologien identifiserer gasser ved hjelp av optiske målinger. Instrumentet kan se og skjelne mellom de ulike gassene ved å måle hvordan de absorberer (tar opp i seg) infrarød stråling (se faktarute). I den internasjonale romstasjonen ISS skal den kommende versjonen av sensoren brukes i tillegg til dagens overvåkingssystemer som er basert på gasskromotografi og massespektrometri. 

Utfordringen for alle som skal overvåke inneluft, er at de må finne og måle enkeltgasser som til sammen kan utgjøre komplekse blandinger. Ifølge Honne gir de optiske målingene både raskere og langt mer presise svar enn dagens teknologier for analyser av gassblandinger.

– Dette betyr ikke at vi har noen lett jobb vi heller, når vi skal måle mange gasser samtidig. Vi skal finne både elefanten og myggen. Og ofte skygger elefanten for myggen, sier han.

Ut i rommet om tre år

Men ANITA klarte brasene ombord i ISS, dit amerikanske NASA brakte instrumentet for uttesting for ti år siden. Ifølge SINTEF-forskeren fikk systemet demonstrert at det presist og raskt kan måle mange gasser samtidig.

– Under sitt år i verdensrommet beviste teknologien vår også at den «ser» gasser som andre måleinstrumenter ikke oppdager, forteller Honne.

Også den nye versjonen av sensoren skal utvikles av de norske og tyske «foreldrene» i fellesskap. Planen er å ha den klar for bruk på romstasjonen ISS i 2020.

Langtur neste

I tillegg ønsker ESA å bruke ANITA-teknologien i mulige framtidige romlaboratorier i månens nærhet. Det vil si nesten 400 000 kilometer fra jorden.

ESAs Scott Hovland understreker at god overvåking av innemiljøet er viktig når astronauter sendes langt ut. For, som han påpeker: derfra kan ikke astronautene returnere raskt til jorden om det skulle bli problemer med romskipet deres, slik de kan nå, ombord i ISS.

– Men god overvåking er like viktig på ISS. Da tenker vi blant annet på viktigheten av å unngå falske alarmer. Skulle evakuering av ISS bli resultatet av en slik feilmelding, ville store summer gå med til ingen nytte og astronautene få en risikofylt avreise uten grunn, påpeker han.

Det er blant annet for å slippe slike uønskede hendelser, at ESA satser på ANITA.

Muligheter også på bakken

SINTEFs Atle Honne påpeker at det finnes mange mulige bruksområder også nede på jorden for den høytflyvende teknologien. Ifølge seniorforskeren kan systemet brukes til å sjekke luftkvalitet i alt fra ubåter og fly til dykkersystemer og laboratorier. I tillegg ser han ANITA som egnet til å overvåke industriprosesser og miljøutslipp, inklusive avgassing fra landbruksareal.

– Romfartsindustrien er interessant for oss i SINTEF fordi den er et krevende marked. Slipper en målemetode gjennom nåløyet der, er den godt kvalifisert også for bruk på jorden, sier Atle Honne.

Seniorforsker
+47 930 59 286

Fakta om gassmåle- systemet ANITA

* ANITA ser og skjelner mellom ulike gasser ved å måle hvordan de absorberer (tar opp i seg) infrarød stråling. Infrarøde stråler (også kalt varmestråler) består av usynlige "farger", fordelt over et optisk spektrum, slik synlig lys består av ulike synlige farger.

* ANITA sender infrarøde stråler gjennom gasser og videre til en detektor. De målte strålene gir instrumentet viktig informasjon. Nøkkelen er at ulike gasser absorberer (tar opp i seg) infrarøde stråler i ulik grad i de ulike usynlige "fargene" – "farger" ANITA kan skille mellom når systemet måler infrarøde spektre.

* I de infrarøde spektrene har hver gass sitt eget "fingeravtrykk". Men "fingeravtrykkene" ligger i stor grad oppå hverandre. ANITA klarer likevel å skille dem fra hverandre ved hjelp av avanserte simuleringer og statistiske analyser utført på forhånd.

* Når målingene foretas, kan spektrene analyseres lynraskt. Derfor kan ANITA identifisere og bestemme konsentrasjonen av de ulike komponentene også i kompliserte gassblandinger, f.eks. i innelufta i et rom.

* SINTEFs arbeid med ANITA utføres på oppdrag for ESA (European Space Agency), med støtte fra Norsk Romsenter.