Hur förhindrar vi att astronauter i rymden andas in farliga gaser? En tysk-norsk högteknologisk optisk gassensor ger en lösning.

"Astronauter måste få tidiga varningar om skadliga eller obehagliga gaser blandas in med deras andningsluft, " säger seniorforskaren Atle Honne vid SINTEF. "För att i rymden, du kan inte bara öppna ett fönster för att ventilera rummet, " han säger.

Som ett barn, han läste allt han kunde lägga händerna på om stjärnorna. Femtio år senare, en del av hans livsverk tillämpas i den stora vidden av yttre rymden – 400 kilometer över jordens yta! Honne är en av arkitekterna bakom gasmätsystemet ANITA, som testades på den internationella rymdstationen (ISS) som en övervakningsenhet för andningsluft under 2007 och 2008.

European Space Agency (ESA) har nu beställt en ny, mer kompakt och avancerad version av systemet som kommer att demonstreras och användas initialt på ISS. Dessutom, planen är att använda tekniken på framtida bemannade expeditioner längre ut i rymden.

Tidig varning

Scott Hovland leder ESA:s ISS Facility and Technology Unit och behöver ingen uppmuntran för att berömma egenskaperna hos den tysk-norska sensorn. Inte minst dess driftshastighet.

"Tidiga varningar om föroreningar är viktiga, eftersom de ger astronauter chansen att vidta korrigerande åtgärder som svar på gasläckor eller fel i luftreningssystem, " säger han. "Dessutom, ANITA-tekniken kan detektera gaser som vi aldrig tidigare hade förväntat oss att hitta i den andande atmosfären i rymden. Dess förmåga att göra detta är oerhört viktig för oss, säger Hovland.

Mammutar och möss

ANITA-tekniken använder optiska mätningar för att identifiera gaser. Den kan upptäcka och skilja mellan olika gaser genom att mäta hur de absorberar infraröd strålning. På ISS, den kommande versionen av sensorn kommer att komplettera dagens övervakningssystem, som är baserade på gaskromatografi och masspektrometri.

Utmaningen för alla som vill övervaka inomhusluftens kvalitet är att identifiera och mäta enskilda gaser i komplexa blandningar. Enligt Honne, den optiska tekniken ger snabbare och mycket mer exakta svar än nuvarande teknologier vid analys av gasblandningar.

"Detta betyder inte att det är en lätt uppgift att mäta många gaser samtidigt, " säger Honne. "Vi letar efter både mammutar och möss, och ofta kommer musen att gömma sig bakom mammuten, " han säger.

I rymden om tre år

För ett decennium sedan, den första versionen av ANITA klarade sitt första fälttest med glans på ISS, där den installerades av den amerikanska rymdorganisationen NASA. Enligt Honne, systemet visade att det kunde mäta många gaser samtidigt – snabbt och mycket exakt.

"Under ANITAs år i rymden, vår teknik har visat att den kan detektera gaser som andra instrument inte kan upptäcka, säger Honne.

På samma sätt som den tidigare modellen, den nya versionen av sensorn kommer att utvecklas av dess norska och tyska utvecklare. Planen är att göra den klar för drift på ISS 2020.

Flyg mig till månen

Dessutom, ESA avser att använda ANITA på möjliga framtida rymdlaboratorier som ligger i omloppsbana runt månen – närmare 400, 000 kilometer från jorden.

Scott Hovland vid ESA betonar att effektiv övervakning av andningsluft är avgörande för framtida rymduppdrag eftersom, som han säger, om allvarliga problem skulle uppstå på deras rymdfarkoster, de kan inte snabbt återvända till jorden, vilket alltid är en möjlighet för ISS-besättningen.

"Men adekvat övervakning är lika viktigt på ISS, ", säger Hovland. "Jag funderar på vikten av att förhindra falsklarm. Om ett falskt larm leder till en evakuering, stora summor pengar kommer att ha gått till spillo för ingenting och astronauterna kommer att behöva göra en riskabel avresa från stationen utan anledning, " han förklarar.

ESA investerar i ANITA för att undvika oönskade situationer som dessa, bland annat skäl.

Potential här på jorden

Atle Honne at SINTEF points out that there are also many potential applications for the high-flying ANITA technology here on Earth. The system can be used to check air quality in everything from submarines and aeroplanes to diving systems and laboratories. He also sees ANITA as ideally suited to the monitoring of industrial processes and environmental gas emissions, including waste gases produced by the agricultural sector.

"The space sector is interesting to us at SINTEF because it is a demanding market, " says Honne. "If our measurement method passes the test in space, it will be well qualified for applications here on Earth, " han säger.