Skip to main content
2022-02-28

Op maandag 28 februari 2022 zal een nieuw experiment, PASTA genaamd, op het Internationaal Ruimtestation worden geïnstalleerd door ESA-astronaut Matthias Maurer, onder toezicht en begeleiding van het Belgische controlecentrum B.USOC. Vervolgens zullen de B.USOC-operatoren PASTA vanaf de grond bedienen om voor het wetenschappelijk team gegevens te verzamelen over de vorming van emulsies in gewichtloosheid. Dit zal de ontwikkeling van betere theoretische modellen van emulsies mogelijk maken, met een breed scala van toepassingen in de voedingsmiddelen-, cosmetica-, farmaceutische en verwerkende industrie.

emulsion
Emulsies zijn mengsels van twee vloeistoffen die zich
normaal niet mengen Bron: PxHere

Wat zijn emulsies?

De uitvinder(s) van mayonaise - wie dat ook mogen zijn - wisten waarschijnlijk heel weinig van de fysica die deze lekkere saus mogelijk maakt. Mayonaise is eigenlijk een emulsie: een mengsel van twee vloeistoffen die zich normaal niet mengen en waaraan je dingen moet toevoegen zoals oppervlakte-actieve stoffen en emulgatoren om ze samen te houden. Andere voorbeelden van emulsies zijn te vinden in voeding (melk, deeg, snoep...), cosmetica, farmaceutica (inclusief vaccins), en in vele soorten industrie (olie, chemicaliën...).

Zoals de koks die het eerste recept voor mayonaise ontdekten, zijn moderne industriële processen over het algemeen gebaseerd op vallen en opstaan. Pas met een beter inzicht in de wetenschap en de ontwikkeling van de computertechnologie kunnen meer geavanceerde en complexe theoretische modellen worden opgesteld. Theoretische modellen moeten echter in de echte wereld worden getest, en daarvoor is kalibratie en validatie nodig als onderdeel van uitgebreid experimenteel onderzoek.

Vloeistoffen emulgeren in microzwaartekracht

Diepgaande studies van fysische mechanismen zijn hier op aarde vaak zeer moeilijk uit te voeren vanwege een overheersende kracht die "zwaartekracht" heet. Veel van de fenomenen die hier spelen worden door deze kracht verborgen, zowel in amplitude (de fenomenen zijn zo klein dat ze onzichtbaar zijn) als in tijd (de verschijnselen zijn van zeer korte duur). Hier bewijzen onderzoeksplatforms in microzwaartekracht, zoals het Internationaal Ruimtestation (ISS), hun waarde door ons in staat te stellen ons met grotere nauwkeurigheid en gedurende langere perioden op deze fenomenen te concentreren.

sample cells
De Soft Matter Dynamics monstercellen vóór installatie op het ISS.

Het PASTA-experiment (PArticle STAbilised emulsions), dat in het Fluid Science Laboratory (FSL) in de Europese Columbus-module van het ISS wordt geplaatst, zal de stabiliteit van verschillende emulsiesamenstellingen in microzwaartekracht bestuderen.

In het verleden werden met FSL al  fenomenen bestudeerd zoals :

  • de interactie tussen aardmantel en aardkorst in een miniatuurmodel van de aarde in het Geoflow-experiment
  • de dynamica van korrelig materiaal in het CompGran-experiment
  • kookprocessen in microzwaartekracht met het RUBI-experiment
  • en de evolutie van nat schuim in FOAM-C

 

Educational videos

B.USOC PASTA Teaser

Teaser

Bediening van het PASTA-wetenschapsexperiment op het ISS: achter de schermen

PASTA
*ondertites in het engels, nederlands en frans*

Console-schermen van de B.USOC controlekamer uitgelegd

screens
*ondertites in het engels, nederlands en frans*

Technische details van de missie

Lancering en installatie

Op 19 februari 2022 lanceerde een Antares-raket de Cygnus NG-17 vrachtmissie naar het ISS, met aan boord een achteraf omgebouwde Soft Matter Dynamics (SMD)-experimentcontainer en ongeveer 16 PASTA-monstercellen, die een verscheidenheid aan mengsels van olie en water met verschillende oppervlakte-actieve stoffen bevatten (verbindingen die de oppervlaktespanning tussen twee vloeistoffen verlagen, zodat ze gemakkelijker mengen). Er werd besloten om het technische model van SMD dat op de grond werd gebruikt voor operationele ondersteuning, aan te passen en vliegklaar te maken, omdat het vluchtmodel van SMD dat sinds 2018 met succes is gebruikt voor CompGran en FOAM-C tekenen van veroudering begon te vertonen, waardoor het moeilijk werd om aan de wetenschappelijke eisen te voldoen.

Matthias Maurer, de Duitse ESA-astronaut die momenteel aan boord van het station is, zal de SMD-container en de PASTA-monstercellen op 28 februari 2022 vanaf 10:00 (GMT+1) in de FSL-rack installeren, alvorens de controle over te dragen aan het Belgische User Support and Operations Centre (B.USOC) voor de dagelijkse wetenschappelijke operaties. De complexe activiteiten van de bemanning zullen live worden uitgezonden op het B.USOC YouTube-kanaal. U kunt B.USOC ook volgen op Twitter.

carousel
De Soft Matter Dynamics-carrousel met monstercellen.

Het PASTA-experiment

Elke PASTA-monstercel is uitgerust met een piston die het mogelijk maakt het mengsel in de cel met verschillende frequenties en duur te schudden om het mengsel te emulgeren. De monstercellen zijn vier aan vier gegroepeerd in monstercelunits die in het SMD op een carrousel kunnen worden geplaatst. Deze carrousel stelt ons in staat elke individuele monstercel in de diagnosepositie van het SMD te plaatsen, waar deze kan worden geobserveerd met de SMD-sensoren.

Een overzichtscamera neemt microscopische beeldsequenties in zwart-wit van de monstercel, terwijl een combinatie van een laser, een lijncamera en 2 CorrTectors nieuwe diagnostische methoden mogelijk maakt zoals Diffusing-Wave Spectroscopy (zowel transmissie als backscattering) en Speckle-Visibility Spectroscopy (waardoor Time Resolved Correlation mogelijk wordt). FSL levert stroom en gegevens aan SMD voor tele-operaties en zendt de beelden en wetenschappelijke gegevens door naar de grond.

De teams & financiering

Het PASTA-wetenschappelijk onderzoek wordt mogelijk gemaakt door selectie en financiering van het Europees Ruimteagentschap (ESA). Het wetenschapsteam wordt geleid door de “Consiglio Nazionale Delle Ricerche (CNR)” in Genua, Italië, met ondersteuningsteams van de Universiteit van Parma en verscheidene andere universiteiten in Italië, Frankrijk, Duitsland, Griekenland, de VS, Rusland, Japan en verscheidene commerciële entiteiten.

Onderdeel van het wetenschapsteam is Dr. James Ferri, professor chemische engineering aan het Virginia Commonwealth University College of Engineering. Ferri werkt sinds 2010 aan formuleringen om de stabiliteit van emulsies te verbeteren, wat essentieel is voor de ontwikkeling van farmaceutische producten, landbouwchemicaliën en een wereld van consumentenproducten.

De SMD- en monstercelhardware is ontwikkeld en gebouwd door Airbus Friedrichshafen in Duitsland. Thales Alenia Space Italy in Turijn was de hoofdcontractant voor FSL.

Het Belgische User Support and Operations Centre (B.USOC), ondergebracht bij het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie in Brussel en met ondersteuning van Space Applications Services, is namens het Europees Ruimteagentschap (ESA) verantwoordelijk voor de implementatie van geselecteerde Europese payloads aan boord van het Internationaal Ruimtestation (waaronder FSL, SMD en PASTA). Het fungeert als schakel tussen de wetenschappers en de ISS-omgeving, en is verantwoordelijk voor de voorbereiding en uitvoering van deze experimenten, alsmede voor de distributie van de ruwe wetenschappelijke gegevens van het experiment aan het wetenschapsteam. De B.USOC-operatoren staan in contact met andere grondcontrolestations in Europa om ervoor te zorgen dat deze experimenten worden uitgevoerd zoals verwacht, en volgens de behoeften van de wetenschappers.

News image 1
News image legend 1
Credit: NASA