Het Apollo-ruimtepak (A7L)

Wanneer Neil Armstrong op 20 juli 1969 de ladder van de maanlander afdaalt, draagt hij iets wat van buiten op een dikke witte overall lijkt. In werkelijkheid is het een van de meest geavanceerde kledingstukken ooit gemaakt: het Apollo A7L-ruimtepak. Het pak deed dienst als een miniatuurruimteschip om het lichaam heen, want het maanoppervlak biedt niets van wat het leven op aarde vanzelfsprekend maakt — geen atmosfeer, geen druk, geen bescherming tegen de naakte straling van de zon. Dit pak leverde dat alles tegelijk.

Het A7L was het resultaat van jaren samenwerking tussen NASA en de fabrikant ILC Dover, een bedrijf dat begonnen was met de productie van beha's en korsets. Die naai-expertise bleek onverwacht waardevol: ruimtepakken vereisten een precisie die dichter bij het kleermakersvak lag dan bij de luchtvaartindustrie. Elke stiknaad, elke koppeling en elke laag werd keer op keer herontworpen totdat het geheel aan de strenge eisen van het Apollo-programma voldeed.

Ruim twintig lagen, één doel

Het A7L bestond niet uit één stuk materiaal maar uit een gelaagde constructie van zo'n 21 lagen, elk met een eigen functie. Op de huid droeg de astronaut eerst een koelpak (Liquid Cooling Garment): ondergoed met een netwerk van ingenaaide slangetjes waardoor koud water werd gepompt om de lichaamstemperatuur van de astronaut te reguleren. Zonder actieve koeling zou een mens in het pak snel oververhit raken, zelfs op de maan.

Daarop volgde de drukzak: een gesloten omhulsel van met rubber gecoat nylon dat op een druk van circa 0,26 bar (3,7 psi, ongeveer een kwart van de luchtdruk op zeeniveau) werd gehouden, met zuivere zuurstof. Die druk is lager dan op aarde, maar hoog genoeg om bloed en lichaamsvloeistoffen niet te laten koken in het vacuüm. De drukzak moest tegelijk buigzaam blijven, want een astronaut die niet kan lopen of bukken is nutteloos op het terrein. Ingenieurs gebruikten speciale gewrichtsstructuren — zogeheten convolutes — die als een harmonica meebewegen en de benodigde buigzaamheid leverden zonder de interne druk te verliezen.

Bovenop de druklagen kwam een beschermend overkleed van dertien lagen: vijf lagen gealuminiseerde Mylarfolie, afgewisseld met lagen Dacron-vlies om warmteoverdracht te beperken, plus Kapton en Beta-doek. De buitenste laag was van met teflon gecoat Beta-doek, een glasvezelweefsel dat niet kon branden en bestand was tegen de slijtage van het scherpe maanstof en tegen kleine micrometeorieten. Op de laarzen en de handschoenen zat bovendien Chromel-R, een weefsel van nikkel-chroomdraad dat extra slijtvast was.

De PLSS: een rugzak als levensader

Een ruimtepak zonder ondersteuning is een doodskist. De levensader van het A7L was het Portable Life Support System, afgekort PLSS en door de astronauten kortweg de “rugzak” genoemd. Dit apparaat, ter grootte van een forse dagrugzak, bevatte alles wat een astronaut buiten de maanlander in leven hield: een zuurstofvoorraad voor ademhaling en drukhandhaving, een systeem om het uitgeademde kooldioxide te absorberen, een waterpomp voor het koelpak, een radio voor communicatie en een ventilator om de lucht in het pak te circuleren.

Bij Apollo 11 was de PLSS ingesteld op een werkduur van ongeveer vier uur. Bij de latere missies van Apollo 15 en daarna werden verbeterde versies meegenomen die maanwandelingen van zeven uur en langer mogelijk maakten. Als reserveoplossing droeg elke astronaut ook een zogenoemde Oxygen Purge System (OPS), een kleine cilinder boven op de PLSS die in een noodgeval een half uur extra zuurstof kon leveren om veilig terug te keren naar de maanlander.

Het totale gewicht van pak plus PLSS bedroeg op aarde ongeveer negentig kilogram. Op het maanoppervlak, waar de zwaartekracht slechts een zesde van die op aarde bedraagt, voelde het ensemble aan als een last van circa vijftien kilogram. Daardoor konden de astronauten goed bewegen — hoewel de stijfheid van het pak zelf altijd een beperking bleef.

Helm, handschoenen en de visorkleuren

De helm van het A7L bestond eigenlijk uit twee delen. Het binnenste gedeelte was een harde kunststof helmschaal die rechtstreeks op de nek van het pak werd gekoppeld en de drukgrens sloot. Daaroverheen ging bij maanwandelingen de Lunar Extravehicular Visor Assembly: een tweede kap met twee vizieren die omhoog of omlaag konden worden geklapt. Het buitenste vizier had een dunne goudlaag die fel zonlicht en infraroodstraling tegenhield; het binnenste, heldere vizier filterde ultraviolette straling en beschermde de helm tegen stoten en micrometeorieten. Zijkleppen boden extra bescherming tegen invallend zonlicht.

De handschoenen verdienen speciale vermelding. Ze moesten de buitentemperaturen weerstaan en tegelijk voldoende gevoel aan de vingertoppen bieden om knoppen te bedienen, monsters te verzamelen en gereedschap te hanteren. De vingertoppen waren van siliconenrubber, zodat de astronauten iets meer gevoel hadden. Desondanks was handwerk in een opgeblazen ruimtehandschoen vermoeiend: astronauten meldden na lange buitenwandelingen stijve, pijnlijke handen als een van de voornaamste lichamelijke klachten.

Bewegen op de maan: lopen, springen, vallen

Het maanoppervlak stelt specifieke eisen aan mobiliteit. Er is geen wind en geen weerstand, maar de combinatie van lage zwaartekracht, stijf pak en onbekend terrein maakte bewegen een kunst op zichzelf. Astronauten oefenden onder meer in zwembaden, aan kabelconstructies die een deel van hun gewicht droegen, en in een KC-135-vliegtuig dat paraboolvluchten maakte om korte perioden van maanzwaartekracht na te bootsen.

Op de maan zelf probeerden Buzz Aldrin en Armstrong verschillende manieren van voortbewegen uit, waaronder een kangoeroe-achtige sprong met beide voeten tegelijk. Latere maanwandelaars gebruikten vaak een soort huppelende draf, die bij de lage zwaartekracht het minst vermoeiend was. Het pak bemoeilijkte bukken, waardoor astronauten tangen, schepjes en harken met lange stelen gebruikten om monsters van de grond op te rapen. Vallen kwam regelmatig voor en was lastig: weer opstaan kostte moeite, en het pak mocht in geen geval scheuren.

De astronauten van Apollo 15, Apollo 16 en Apollo 17 profiteerden van een verbeterd pak — de A7LB-variant — met meer flexibiliteit in de taille, zodat zij konden zitten in de maanwagen. Zonder die aanpassing zouden de lange rijritten met het voertuig onmogelijk zijn geweest.

Bescherming tegen straling

De maan heeft geen magnetisch veld en geen dampkring. Astronauten op het oppervlak worden daardoor blootgesteld aan zonnewind, kosmische straling en, bij een grote zonnevlam, een plotselinge straling die dodelijk kan zijn. Het A7L-pak bood enige passieve bescherming door de gelaagde constructie, maar was niet ontworpen als een volledig stralingsschild. Zonnevlammen waren destijds niet te voorspellen; de vluchtleiding in Houston liet de zonneactiviteit wel nauwlettend volgen.

Bij een zware zonnestorm hadden de astronauten weinig meer kunnen doen dan terugkeren naar de maanlander of de commandomodule, waarvan de romp iets meer bescherming bood. Hoe groot dat risico was, bleek in augustus 1972: tussen Apollo 16 (april) en Apollo 17 (december) vond een van de krachtigste zonne-uitbarstingen van de twintigste eeuw plaats. Was er op dat moment een bemanning op de maan geweest, dan had die een gevaarlijke stralingsdosis kunnen oplopen.

Het pak onderhouden en aantrekken

Een A7L-pak aanpassen en aantrekken kostte minstens een uur en vergde op aarde de hulp van een assistent. De astronaut begon met het aantrekken van het koelpak en werkte dan laag voor laag omhoog. De helm en handschoenen werden als laatste gekoppeld en gecontroleerd op lekdichtheid. In de maanlander was de ruimte zo krap dat het aantrekken een choreografie op zich was; de twee astronauten moesten beurtelings manoeuvres uitvoeren om niet voortdurend elkaars weg te kruisen.

Na een maanwandeling bracht het maanstof zijn eigen problemen mee. Het stof van de maan — fijn, hoekig en elektrostatisch geladen — hechtte zich aan elk oppervlak en drong in elke naad. Astronauten probeerden zichzelf en elkaar zo goed mogelijk af te borstelen voor ze de maanlander binnengingen, maar de fijne deeltjes waren onmogelijk volledig te verwijderen. Binnen de maanlander verspreidden ze zich al snel door de lucht en veroorzaakten geïrriteerde ogen en luchtwegen. Na de missie werd het maanstof als een apart aandachtspunt in de evaluaties opgenomen en zijn de risico's ervan onderwerp van wetenschappelijk onderzoek gebleven.

Erfenis: van A7L naar Artemis

Het A7L-pak is nooit in grote aantallen geproduceerd. Elk pak werd in de fabriek van ILC in Dover (Delaware) met de hand in elkaar gezet door naaisters, op een tolerantie van een vierenzestigste inch, en op maat gemaakt voor zijn drager; iedere astronaut had naast zijn vluchtpak ook trainings- en reserve-exemplaren.

De lessen van het A7L hebben het ontwerp van alle latere ruimtepakken beïnvloed. De principes van gelaagde isolatie, actieve koeling en modulaire koppeling zijn herkenbaar in de pakken die werden gebruikt op het ruimtestation en in het nieuwe maanpak AxEMU dat Axiom Space ontwikkelt voor het Artemis-programma, waarmee NASA opnieuw mensen naar de maan wil brengen. De uitdagingen zijn deels dezelfde: beschermen, koelen, bewegen en zorgen voor genoeg zuurstof. Maar de technologie is in een halve eeuw dramatisch veranderd, van zorgvuldig met de hand genaaide lagen dakron en folie naar computergestuurde fabricage en geavanceerde composietmaterialen.

Toch heeft elk nieuw pak in de kern dezelfde elementaire taak als het eerste A7L: de kwetsbare, warme, ademende mens erin beschermen tegen een omgeving die hem of haar in seconden zou doden. Het A7L deed dat voor twaalf mannen die op de maan liepen — een van de grootste technische prestaties in de geschiedenis van het Apollo-programma.