Исследование выявило повышенный риск пожаров в будущих космических миссиях

На изображении показан зажженный лист акрилового стекла во время эксперимента с микрогравитацией в Бременской башне (слева: вид сбоку; справа: вид спереди). Автор: Florian Meyer, ZARM, University of Bremen

Исследовательская группа из Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) Бременского университета в недавнем исследовании изучила риск возгорания на космических кораблях. Результаты показывают, что пожары на запланированных исследовательских миссиях, таких как полет на Марс, могут распространяться значительно быстрее, чем, например, на Международной космической станции (МКС). Это связано с плановой адаптацией к более низкому давлению окружающей среды на космических кораблях.

«Пожар на борту космического корабля — один из самых опасных сценариев космических миссий», — объясняет доктор Флориан Мейер, руководитель исследовательской группы по технологиям горения в ZARM. «Едва ли есть варианты добраться до безопасного места или спастись с космического корабля. Поэтому крайне важно понимать поведение пожаров в этих особых условиях».

Исследовательский коллектив ЗАРМ проводит эксперименты по распространению пожаров в условиях пониженной гравитации с 2016 года. Условия окружающей среды аналогичны условиям на МКС — уровень кислорода в воздухе для дыхания и давление окружающей среды аналогично земному. как принудительная циркуляция воздуха. Эти более ранние эксперименты показали, что пламя в невесомости ведет себя совершенно иначе, чем на Земле.

Огонь горит меньшим пламенем и медленнее распространяется, а значит, может долгое время оставаться незамеченным. Однако он горит горячее и поэтому может также воспламенять материалы, которые на Земле в основном негорючи. Кроме того, неполное сгорание может привести к образованию более токсичных газов.

Кислород и поток воздуха как усилители огня

Будущие космические миссии в настоящее время планируются с измененными атмосферными условиями. Экипаж будет подвергаться более низкому давлению. Это дает два важнейших преимущества: космонавты могут быстрее подготовиться к внешнему полету, а космический корабль можно построить легче, то есть с меньшей массой, что позволяет экономить топливо. Недостаток: при меньшем давлении экипажу требуется более высокая доля кислорода в воздухе для дыхания, а это может иметь опасные последствия в случае пожара.

Из различных повседневных ситуаций мы знаем, что скорость воздушного потока также оказывает сильное влияние на распространение огня: от зажигания угля для барбекю до тушения лесных пожаров.

Текущая серия экспериментов, на которых основано исследование, проводилась в условиях микрогравитации в Drop Tower Бремена. Флориан Мейер и его команда наблюдали за распространением пламени после зажигания фольги из акрилового стекла и исследовали, как огонь реагирует, когда один из трех параметров — давление окружающей среды, содержание кислорода и скорость потока — изменяется в разных пропорциях.

ИК-последовательность эксперимента с мкг при встречном потоке 100 мм/с, 75 кПа и 28,3 % O₂. Контуры образцов выделены белыми пунктирными линиями. ф. Оценочные линии, используемые для оценки скорости распространения, показаны зелеными пунктирными линиями. Автор: Proceedings of the Combustion Institute (2024). DOI: 10.1016/j.proci.2024.105358

Результаты экспериментов очевидны: хотя более низкое давление оказывает затухающий эффект, преобладает ускоряющее возгорание воздействие повышенного уровня кислорода в воздухе. Повышение уровня кислорода с 21% (как на МКС) до запланированных для будущих космических полетов 35% приведет к тому, что пожар будет распространяться в три раза быстрее. Это означает колоссальное увеличение опасности для экипажа в случае пожара.

Доктор Мейер говорит: «Наши результаты подчеркивают критические факторы, которые необходимо учитывать при разработке протоколов пожарной безопасности для космических миссий. Понимая, как пламя распространяется в различных атмосферных условиях, мы можем снизить риск пожара и повысить безопасность экипажа.."

Больше информации: Hans-Christoph Ries et al, Effect of oxygen concentration, pressure, and opposed flow velocity on the flame spread along thin PMMA sheets, Proceedings of the Combustion Institute (2024). DOI: 10.1016/j.proci.2024.105358