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.

Zeventien lagen, één doel

Het A7L bestond niet uit één stuk materiaal maar uit een gelaagde constructie van zeventien afzonderlijke lagen, elk met een eigen functie. Van binnen naar buiten begon het met een koelvestje: een netwerk van slangetjes doorweven met stof 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 urethaan-gecoat nylon dat op een vaste druk van circa 0,3 atmosfeer werd gehouden. 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 kwamen meerdere thermische isolatielagen van aluminiumfolie en dakron-gaas, afgewisseld om warmteoverdracht door geleiding te minimaliseren. De buitenste lagen waren gemaakt van Chromel-R, een hittebestendig metaallegering weefsel, en beta-doek, een glasvezelmateriaal dat bestand was tegen de mechanische slijtage van het scherpe maanstof en bescherming bood tegen de micrometeorieten die voortdurend, zij het zelden in grote aantallen, op het maanoppervlak inslaan.

De PLSS: een rugzak als levensader

Een ruimtepak zonder ondersteuning is een doodskist. De levensader van het A7L was de 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 koelvestje, een radio voor communicatie en een ventilator om de lucht in het pak te circuleren.

De PLSS was ontworpen voor een werkduur van ongeveer vier uur. Bij de latere missies van Apollo 15 en daarna werden verbeterde versies meegenomen die langere wandelingen 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 ruim tachtig kilogram. Op het maanoppervlak, waar de zwaartekracht slechts een zesde van die op aarde bedraagt, voelde het ensemble aan als een last van circa veertien 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 de outer visor assembly: een extra spatbordachtige helmschaal met goud- en zilvergecoate vizieren. Die vizieren konden omhoog of omlaag worden geklapt en hadden twee functies. De goudgecoate laag filterde ultraviolette en infraroodstraling van de zon weg; de zilverlaag bood extra isolatie. De astronaut keek naar buiten door een combinatie van gelaagd polycarbonaat glas dat ook mechanische impact kon opvangen.

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 toppen waren gemaakt van dunner, flexibeler materiaal, en de knokkels hadden speciale scharnierende gewrichten. 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. De vroegste trainingen lieten astronauten in zwembaden werken om gewichtloosheid na te bootsen, maar ook vluchten in een KC-135-toestel dat steile parabolen vloog om korte perioden van verminderde zwaartekracht te creëren.

Op de maan zelf ontdekten Buzz Aldrin en Armstrong al snel dat de meest efficiënte manier van voortbewegen het kangoeroe-achtige springen was: beide voeten tegelijk van de grond, een lichte boogbeweging. Later zou dit de typische gang van maanwandelaars worden. Het pak bemoeilijkte bukken, waardoor astronauten speciale grijptangen hadden om monsters van de grond op te rapen. Vallen was een reëel gevaar: rechtop komen vanuit een liggende positie was zonder hulp bijna onmogelijk, en het pak mocht bij geen geval worden doorboord.

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. De missies werden zorgvuldig gepland in perioden van relatieve rust op de zon, en de vluchtleiding in Houston hield de zonneactiviteit nauwlettend in de gaten.

De boordcomputer van de Apollo speelde hierbij een indirecte rol: de navigatiedata en missietijden werden zo berekend dat de blootstelling zo kort mogelijk was en de crew bij tekenen van gevaar snel kon terugkeren naar de maanlander of de commandomodule, die dankzij de aluminium romp meer bescherming bood. Het grootste risico bleef een onverwachte zonnestorm, en bij Apollo 17 in december 1972 was het maar een klein venster aan geluk dat een dergelijke gebeurtenis uitbleef.

Het pak onderhouden en aantrekken

Een A7L-pak aanpassen en aantrekken kostte minstens een uur en vergde de hulp van een assistent. De astronaut begon met het aantrekken van het koelvestje 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 naat. 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; voor het gehele Apollo-programma werden er slechts enkele tientallen vervaardigd, inclusief de trainings- en reserveexemplaren. Elk pak was in wezen handgemaakt en op maat gesneden voor zijn drager. De kostprijs per pak bedroeg in de jaren zestig meerdere honderdduizenden dollars.

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 de ontwerpen 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 geldt voor elk nieuw pak dat de bodem ervan dezelfde elementaire taak heeft 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.