Астронавты сталкиваются с многочисленными рисками во время космического полета, такими как микрогравитация и воздействие радиации. Микрогравитация может снизить плотность костей, а воздействие радиации является канцерогеном. Однако это хронические эффекты.
Наибольший риск для астронавтов — это пожар, поскольку во время длительной миссии на Марс или в другое место за пределами низкой околоземной орбиты будет сложно спастись. Ученые изучают, как огонь ведет себя на космических кораблях, чтобы защитить астронавтов.
Ученые из Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) Бременского университета изучают риски возникновения пожара на борту космических аппаратов. Они опубликовали новое исследование в Proceedings of the Combustion Institute под названием «Влияние концентрации кислорода, давления и скорости встречного потока на распространение пламени по тонким листам ПММА». Ведущий автор — Ханс-Кристоф Рис.
«Пожар на борту космического корабля — один из самых опасных сценариев в космических миссиях», — сказал доктор Флориан Мейер, руководитель исследовательской группы Combustion Technology в ZARM. «Вряд ли есть какие-либо варианты добраться до безопасного места или покинуть космический корабль. Поэтому крайне важно понимать поведение пожаров в этих особых условиях».
С 2016 года ZARM изучает, как огонь ведет себя и распространяется в условиях микрогравитации, подобных условиям на МКС. Эти условия также включают уровень кислорода, аналогичный земному, принудительную циркуляцию воздуха и давление окружающей среды, аналогичное земному. NASA проводит похожие эксперименты, и теперь мы знаем, что огонь ведет себя в условиях микрогравитации иначе, чем на Земле.
Первоначально огонь будет гореть меньшим пламенем и будет распространяться дольше. Это преимущество огня, так как его не так быстро заметят. Огонь также горит жарче в условиях микрогравитации, а это означает, что некоторые материалы, которые могут быть негорючими в нормальных земных условиях, могут гореть в космическом корабле, создавая токсичные химикаты в воздухе космического корабля.
Космические корабли для миссий на Марс будут иметь иную среду, чем МКС. Давление окружающего воздуха будет ниже, что дает два преимущества: это делает космический корабль легче, а также позволяет астронавтам быстрее готовиться к внешним миссиям. Однако более низкое давление окружающего воздуха вносит еще одно критическое изменение в среду космического корабля. Содержание кислорода должно быть выше, чтобы удовлетворить потребности астронавтов в дыхании.
В ходе последних испытаний команда ZARM проверила огонь в этих измененных условиях.
PMMA означает полиметилметакрилат и обычно называется акрилом. Это распространенный материал, используемый вместо стекла, потому что он легкий и небьющийся. На МКС он не используется, но разрабатывается для использования в будущих космических кораблях. В капсуле Orion для окон используется акрил, сплавленный с другими материалами, и будущие космические корабли, вероятно, будут использовать что-то похожее.
В своих экспериментах исследователи поджигали акриловую стеклянную фольгу и варьировали три фактора окружающей среды: давление окружающей среды, содержание кислорода и скорость потока.
Они использовали Бременскую башню падения для моделирования микрогравитации.
Эксперименты показали, что более низкое давление окружающей среды подавляет огонь. Однако более высокое содержание кислорода оказывает более сильный эффект. Уровень кислорода на МКС составляет 21%, как и на Земле. Будущие космические аппараты с более низким давлением окружающей среды будут иметь уровень кислорода до 35%. Это означает огромное увеличение риска, которому подвергаются астронавты из-за пожара. Результаты показывают, что пожар может распространяться в три раза быстрее, чем в земных условиях.
«Наши результаты подчеркивают критические факторы, которые необходимо учитывать при разработке протоколов пожарной безопасности для космических миссий».
Доктор Флориан Мейер, исследовательская группа по технологиям горения в ZARM
Мы все знаем, что увеличение потока воздуха распространяет огонь быстрее; вот почему мы дуем на небольшое пламя, чтобы создать большой огонь. Увеличение потока воздуха доставляет больше кислорода, увеличивая горение, поэтому увеличение потока воздуха в атмосфере с высоким содержанием кислорода создает опасную ситуацию для астронавтов.
«Наши результаты подчеркивают критические факторы, которые необходимо учитывать при разработке протоколов пожарной безопасности для космических миссий», — сказал доктор Флориан Мейер. «Понимая, как распространяется пламя в различных атмосферных условиях, мы можем снизить риск возникновения пожара и повысить безопасность экипажа».
