Nikhef in space: deeltjesdetector AMS op het ruimtestation krijgt nieuwe koelpomp

27 oktober 2019

De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA lanceert zaterdag een onbemande raket met onderdelen voor een nieuw koelsysteem voor een deeltjesdetector op een van de armen van het internationale ruimtestation ISS. De pomp vervangt defecte onderdelen van het CO2-koelsysteem van de AMS-detector, dat in de jaren negentig werd ontwikkeld door technici van Nikhef en gebouwd door ruimtelab NLR.

De Alpha Magnetic Spectrometer 2 (AMS-02) werd in 2011 na jarenlange vertragingen vanwege de ramp met Spaceshuttle Columbia in 2003 op de ISS geplaatst, en meet sindsdien kosmische deeltjes. De koeling van het apparaat gebeurt met vloeibaar CO2 in een in de jaren negentig door Nikhef ontwikkeld systeem, dat ook in detectoren op CERN wordt toegepast. AMS had ongeveer drie jaar zullen meten, maar is nog steeds actief. Wel zijn drie van de vier CO2-pompen in de loop van de tijd defect geraakt.

AMS-2 weegt bijna 7 ton en vangt geladen deeltjes uit de kosmos. Daarbij is er speciale aandacht voor antimaterie in de vorm van positronen en antiprotonen; die zijn zeldzaam, het heelal lijkt vooral gevuld met materie. In het vier meter hoge instrument buigt een sterk magneetveld de geladen deeltjes af in hun baan, waarna ze in de detectoren worden gezien. Antimaterie buigt precies tegengesteld af aan materie.

Daarnaast speurt AMS-02 naar onbekende deeltjes uit de ruimte die mogelijk donkere materie kunnen zijn. Naar schatting 85 procent van de materie in het universum is niet zichtbaar, maar oefent volgens astronomen wel zwaartekracht uit.

In 2014 maakte de AMS-02 groep, geleid door de Amerikaanse Nobelprijswinnaar Sam Ting, bekend dat het instrument relatief veel anti-elektronen (positronen) meet bij hogere energie. Dat is onverwacht en kan volgens Ting te maken hebben met vervallende donkere materie in het heelal. De positronen komen niet uit een specifieke richting, laten de metingen ook zien.

Het nieuwe pompsysteem zal tijdens een aantal ruimtewandelingen van twee astronauten worden ingebouwd en aangezet. Wanneer dat precies gebeurt is nog niet bekend, NASA zendt doorgaans wel live beelden uit van de ruimtewandeling vanuit ISS.

Voor de werkzaamheden is speciaal gereedschap ontwikkeld, omdat reparaties nooit waren voorzien. De twee astronauten, de Italiaan Luca Parmitano en de Amerikaan Andrew Morgan, hebben het werk op Aarde al in detail geoefend.

De Nederlandse koeltechnicus Bart Verlaat van CERN was destijds in dienst van Nikhef nauw betrokken bij de bouw van het koelsysteem voor AMS-02. Hij is ook nu betrokken geweest bij de voorbereidingen van de huidige reparatiemissie. Aanvankelijk leek de elektronica van een pompeenheden stuk, maar hij liet zien dat de pompen zelf de boosdoeners waren. Hij adviseerde NASA en de Amerikaanse producent ook over de vervangende CO2-pomp.

Deeltjesfysicus dr Suzan Basagmez du Pree van Nikhef is sinds 2016 betrokken bij het AMS-02 project van Sam Ting, waarvan ze op CERN vooral data analyseerde. Nu werkt ze in Amsterdam ook aan de neutrinodetector KM3NeT in de Middellandse Zee. Du Pree zegt opgetogen te zijn over de reparaties aan de ruimtedetector, die ze gewaagd en bijzonder noemt.

Du Pree: ‘Bijzonder dat AMS-02 kennelijk na al die jaren nog steeds de moeite en het geld waard wordt gevonden.’ Ze organiseert te zijner tijd op Nikhef in Amsterdam een evenement rond de beslissende ruimtewandelingen op ISS, met live beelden van de werkzaamheden in de ruimte en lezingen over AMS-02, de jacht op donkere materie en de koeltechnieken aan boord.

De lancering zaterdag van (ondermeer) de nieuwe pompeenheid staat gepland vanaf een basis aan de oostkust in Virginia op 2 november om 15.58 Nederlandse tijd. Bij slecht weer is er een dag later ook nog een lanceervenster waarin de onbemande Antares-sonde ISS kan bereiken en daar automatisch vastkoppelen.