Как горит огонь в космосе? Учёные исследуют «огненный шар» для безопасности будущих миссий

Когда пожар вспыхивает в условиях низкой гравитации внутри космических кораблей или станций, он ведёт себя совершенно иначе, чем на Земле. Поскольку человечество нацелилось на высадку на Марс в ближайшие десятилетия, исследователи стремятся понять, как пламя возникает и распространяется в космосе, и как его лучше всего тушить.

Командный модуль космического корабля «Аполлон-1» после пожара, унёсшего жизни всего экипажа во время наземных испытаний.

Смертельная угроза пожара в космосе восходит к первой миссии программы NASA «Аполлон», которая в итоге доставила первых людей на Луну. Всего за несколько дней до запланированного запуска миссии «Аполлон-1» в январе 1967 года трое членов экипажа погибли в пожаре, вспыхнувшем в кабине корабля во время тренировки на Земле.

«В то время капсулы были заполнены 100% чистым кислородом при низком давлении, чтобы астронавты могли дышать. Однако чем больше кислорода, тем сильнее горение», — объяснил исследователь из французского института Centrale Lille Серж Бурбиго.

Эдвард Уайт был одним из трёх американских астронавтов, погибших во время испытаний «Аполлона-1».

После этой катастрофы уровень кислорода в пилотируемых кораблях был установлен на отметке 21% — столько же, сколько в земной атмосфере. Но огонь по-прежнему ведёт себя иначе в тесных условиях, несущихся сквозь космическую пустоту.

Сферическое пламя

Если зажечь свечу на Земле, тепло поднимается вверх, так как горячий воздух менее плотный, чем холодный. Однако если зажечь ту же свечу внутри космического корабля или станции на орбите, тепло останется на месте из-за отсутствия гравитации.

«Вместо шлейфа в форме пера, поднимающегося от фитиля, вы получаете шар пламени. Этот шар создаёт и излучает тепло, передавая его в окружающую среду — так огонь и распространяется», — добавил Бурбиго.

Чтобы узнать больше, Бурбиго и трое других учёных получили грант от Европейского исследовательского совета. Их работа оказалась особенно своевременной, поскольку NASA недавно рекомендовало увеличить уровень кислорода до 35% в новых кораблях и станциях, в основном для снижения затрат.

«При 35% кислорода требуется меньшее давление внутри корабля, поэтому конструкция может быть легче», — пояснил Бурбиго.

Более тяжёлые корабли требуют более мощных ракет для запуска, что делает их дороже. Но с ростом уровня кислорода возрастает и риск пожара. Поэтому исследователи изучают различные способы отслеживания и тушения возможных космических возгораний в будущем.

Эксперименты в невесомости

Гийом Легро из Университета Сорбонны во Франции пытается использовать акустические волны для подавления пламени. Тесты уже проводились на параболических полётах, которые моделируют невесомость в течение 22 секунд.

Бурбиго, в свою очередь, изучает огнезащитные составы. Хотя эти химические вещества хорошо работают на Земле, низкая гравитация снова создаёт новые препятствия. Поскольку дым не поднимается привычным образом, он становится более плотным и «создаёт проблему непрозрачности».

Флориан Мейер из Бременского университета в Германии разрабатывает датчики для точного мониторинга температуры и отслеживания распространения огня в космосе. А исследователь пожарной безопасности Барт Мерси из Гентского университета в Бельгии планирует цифровое моделирование поведения пламени в условиях низкой гравитации.

Для проверки теорий в течение следующих четырёх лет планируется запустить ракету, которая обеспечит шесть минут невесомости для изучения поведения огня в этих условиях. Ракету построит европейский аэрокосмический производитель Airbus, запуск намечен из северной Швеции.

На свои исследования, объединённые в программу Firespace, четверо учёных получили 14 миллионов евро (~1,26 млрд рублей по курсу ~90 руб./евро), что позволит финансировать их работу в течение следующих шести лет.

ИИ: Исследования в области пожарной безопасности в космосе выглядят крайне важными для будущих длительных миссий, таких как полёт на Марс. Особенно актуально это в свете планов по увеличению концентрации кислорода в кораблях для экономии средств — такой шаг требует тщательного анализа новых рисков. Работа международной команды учёных демонстрирует системный подход к решению этой сложной задачи.