Биргит Кинкельди, Центр прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM)
На снимке показано зажженное акриловое стекло во время эксперимента с микрогравитацией в бременской башне (слева: вид сбоку; справа: вид спереди). Фото предоставлено: Флориан Мейер, ZARM, Бременский университет
Исследовательская группа из Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) Бременского университета в своем 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). Причиной этого является запланированная адаптация космического корабля к более низкому давлению окружающей среды.
«Пожар на борту космического корабля — один из самых опасных сценариев космических миссий», — объясняет доктор. Флориан Мейер, руководитель исследовательской группы по технологиям сжигания в ZARM. «Есть несколько способов добраться до безопасного места или сбежать с космического корабля. «Поэтому крайне важно понять поведение пожаров в этих особых условиях».
С 2016 года исследовательская группа ЗАРМ проводит эксперименты по распространению пожаров в условиях пониженной гравитации. Условия окружающей среды аналогичны условиям на МКС — с содержанием кислорода в воздухе, которым мы дышим, и атмосферным давлением, как на Земле, а также принудительной циркуляцией воздуха. Эти предыдущие эксперименты показали, что в невесомости пламя ведет себя совершенно иначе, чем на Земле.
Огонь горит меньшим пламенем и медленнее распространяется, поэтому может долгое время оставаться незамеченным. Однако он горит горячее и поэтому может воспламенить материалы, которые обычно не являются горючими на земле. Неполное сгорание также может привести к образованию более токсичных газов.
Кислород и поток воздуха как ускорители пожара
В настоящее время планируются будущие космические миссии с изменившимися атмосферными условиями. Экипаж будет подвергаться меньшему давлению. Это дает два решающих преимущества: астронавты могут быстрее подготовиться к внешнему полету, а космический корабль можно построить легче, то есть с меньшей массой, что позволяет экономить топливо. Недостаток: при более низком давлении экипажу требуется более высокая доля кислорода в воздухе, которым он дышит, а это может иметь опасные последствия в случае пожара.
Из различных бытовых ситуаций мы знаем, что скорость воздушного потока также оказывает сильное влияние на распространение огня – от зажигания древесного угля до тушения лесных пожаров.
Текущая серия испытаний, на которых основано исследование, проводилась в условиях микрогравитации в бременской башне. Флориан Мейер и его команда наблюдали за распространением пламени после зажигания акриловых листов 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 противотоке 100 мм/с, 75 кПа и 28,3% O2. Контуры образцов выделены белыми пунктирными линиями. f. Оценочные линии, используемые для определения скорости распространения, показаны зелеными пунктирными линиями. Источник: Труды Института горения (2024). DOI: 10.1016/j.proci.2024.105358
Результаты экспериментов очевидны: хотя более низкое давление оказывает затухающий эффект, преобладает ускоряющее возгорание воздействие повышенного содержания кислорода в воздухе. Повышение уровня кислорода с 21% (как на МКС) до 35%, запланированных для будущих космических миссий, приведет к распространению огня в три раза быстрее. Это означает чрезвычайно повышенный риск 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 возникновения пожара и повысить безопасность экипажа».
Информация от: Центром прикладных космических технологий и микрогравитации (ЦАРМ).
