CBRN-windtunnel en sensortechnologie testen gasmaskers in realistische veldomstandigheden

Om de bescherming van militairen tegen chemische en biologische wapens te verbeteren, heeft TNO onlangs samen met het Canadese Defence Research and Development Centre (DRDC) een test uitgevoerd in de Breeze Tunnel: een windtunnel voor onderzoek naar bescherming tegen CBRN-dreigingen (Chemisch, Biologisch, Radiologisch, Nucleair) waarin je dankzij sensortechnologie beschermende uitrusting kan testen onder realistische omstandigheden.

De Breeze Tunnel, onderdeel van TNO’s Unit Defence, Safety & Security, is een gecontroleerde omgeving waarin luchtstromen, temperatuur, vochtigheid en deeltjesconcentraties zeer nauwkeurig kunnen worden geregeld. In tegenstelling tot een traditionele aerodynamische windtunnel is deze installatie bedoeld voor het simuleren van de verspreiding van aerosolen – minuscule deeltjes die zich gedragen als chemische of biologische agentia.

Voor het onderzoek zijn nano-zoutdeeltjes gebruikt. “Zout heeft vergelijkbare aerodynamische eigenschappen als de deeltjesgrootte waarin chemische en biologische middelen het minst goed worden tegengehouden,” aldus een woordvoerder van TNO.

De tunnel maakt het mogelijk om de concentratie, snelheid en richting van de aerosolwolk exact te sturen. Dankzij een fijnmazig systeem van sensoren en ventilatiekanalen kan TNO situaties nabootsen waarin militairen zich voortbewegen door besmette lucht – bijvoorbeeld bij het rennen, springen of het dragen van zware uitrusting.

Sensoren meten elke seconde

De proefopstellingen werden voorzien van honderden meetpunten. Militairen droegen sensoren op hun lichaam, in hun pakken en op de aansluiting tussen pak en gasmasker. Deze sensoren registreerden de concentratie van aerosolen die tot onder de buitenste laag doordrongen.

“Met deze aanpak konden we exact bepalen bij welke beweging of lichaamshouding er mogelijk een kleine lekkage ontstond,” zegt een woordvoerder van DRDC. “De sensoren registreren per seconde hoeveel deeltjes de uitrusting binnendringen, en koppelen die waarden direct aan videobeelden van de beweging van de proefpersoon.”

OmniCount

Voor het meten van de luchtkwaliteit in en buiten het masker werd gebruikgemaakt van de OmniCount: een draagbaar meetinstrument ontwikkeld door TSI. Dit compacte apparaat werd op de rug bevestigd en via een slang verbonden met het masker. De OmniCount meet simultaan de concentratie van zoutdeeltjes binnen en buiten het ademhalingssysteem. Op basis van deze gegevens wordt de beschermingsfactor (de verhouding tussen binnen- en buitenconcentratie) berekend.

De sensordata worden draadloos doorgestuurd naar een centraal meetsysteem in de controlekamer van de windtunnel. Daar worden de waarden gecombineerd met video-analyse en luchtstromingsdata om een compleet beeld te vormen van het gedrag van het systeem.

Systeemtest in plaats van laboratoriumproef

Eerder werden gasmaskers en beschermende pakken vooral afzonderlijk getest in afgesloten laboratoria. De Breeze Tunnel maakt het mogelijk om de complete uitrusting als één systeem te evalueren.

“Het gaat er niet alleen om hoe goed een masker filtert, maar ook hoe het aansluit op een helm of pak als iemand zich intensief beweegt. De combinatie van windtunnel, aerosoltechniek en sensornetwerk stelt ons in staat om dat voor het eerst realistisch te meten.”

De installatie biedt bovendien de mogelijkheid om variabelen te manipuleren, zoals windsnelheid en de richting van de aerosolpluim. Hierdoor kunnen onderzoekers onderzoeken hoe turbulentie of zijwind de verspreiding beïnvloedt – cruciale factoren in echte gevechtsomstandigheden.

Nieuwe inzichten en verbeterpunten

De eerste resultaten laten zien dat zware fysieke inspanning of bepaalde houdingen de kans op lekkage vergroten. Kleine verschuivingen van het masker of contact met andere uitrustingsdelen kunnen kortstondige openingen veroorzaken. De sensordata maken zichtbaar waar en wanneer dat gebeurt. De analyses leveren niet alleen informatie op over de effectiviteit van de huidige uitrusting, maar ook over mogelijke aanpassingen in protocol en ontwerp.

Toekomst van de techniek

Volgens TNO heeft de Breeze Tunnel zich bewezen als veelzijdige testfaciliteit voor gecombineerde metingen van luchtstromen, deeltjesverspreiding en lichaamsgedrag. De volgende stap is het uitbreiden van de meetmethodiek naar volledige operationele systemen, zoals tanks, tenten of evacuatievoertuigen.