Луна может быть более склонна к пожарам

Фото из открытых источников

Инженеры любят сложные практические задачи, особенно когда речь идёт о космических полётах. Но есть одна конкретная проблема, стоящая перед пилотируемыми миссиями ближайшего будущего, которая пугает планировщиков миссий больше всего — пожар. На протяжении десятилетий мы полагались на тест НАСА, известный как NASA-STD-6001B, для проверки воспламеняемости материалов перед полётом. 

Но космос гораздо сложнее, чем тот, который предлагают наземные испытания. В новой статье исследователи из Исследовательского центра им. Гленна и Космического центра им. Джонсона НАСА, а также Университета Кейс Вестерн Резерв подробно описывают запланированную миссию по проверке воспламеняемости материалов на поверхности Луны, где, как они ожидают, пламя будет вести себя совсем иначе, чем здесь, на Земле.

Чтобы понять проблему, сначала полезно разобраться в самом тесте. Стандарт NASA-STD-6001B требует подносить шестидюймовое пламя к нижней части вертикально установленного образца материала. Если материал загорается на высоте более шести дюймов от дна или с него капают горящие обломки, тест не пройден. Звучит достаточно разумно, но есть один нюанс — тест проводится на Земле.

В земной среде воздух постоянно движется, создавая конвективные потоки. Также существуют направления «вверх» и «вниз», тогда как в условиях, подобных Международной космической станции, эти ориентации отсутствуют. Следовательно, в условиях микрогравитации огонь не направлен «вверх» — он образует сферические сгустки пламени, которые медленно распространяются наружу, и почти полностью питается за счет вентиляционных систем станции.

Но простое отключение системы вентиляции не решит проблему. Конечно, отсутствие движения воздуха может замедлить распространение огня, но это лишь приведет к тлению части материала, ожидающего включения вентиляторов, чтобы возобновить огонь. Лучшим решением было бы исследовать физику пламени на самой МКС, но это открыло бы всю обитаемую космическую станцию для открытого огня. Исследователи предпочли бы избежать такой ситуации по очевидным причинам — по крайней мере, пожаров, достаточно больших, чтобы нанести ущерб материалу (в какой-то момент они разожгли 1500 небольших пожаров, чтобы изучить, как происходит горение).

Вместо этого НАСА ранее прибегало к испытаниям на пожаробезопасность космических аппаратов (Saffire). Эти эксперименты проводились внутри беспилотной грузовой капсулы Cygnus после ее отделения от МКС и до того, как она сгорела в атмосфере Земли. Во время этих испытаний исследователи поджигали большие листы хлопка/стекловолокна, ткани и акрила, чтобы наблюдать за их горением в условиях микрогравитации. Они обнаружили некоторые странные физические явления: пламя иногда распространялось в противоположном направлении от воздушного потока и горело сильнее на более тонких материалах.

Данные, полученные с помощью установки Saffire, позволили выявить несоответствия между стандартом НАСА и реальными условиями пожара в космосе. Поэтому они обратились к следующему наилучшему варианту — испытаниям на падение. Однако наблюдение за реакцией пламени при сбросе с пусковой башни (5 секунд невесомости) или даже во время полета на параболическом самолете (25 секунд невесомости) недостаточно для изучения того, какой долгосрочный ущерб они могут нанести.

Представляем эксперимент по изучению воспламеняемости материалов на Луне (FM2). Более низкая гравитация на Луне на самом деле является еще более интересным местом для изучения динамики пламени. На Земле гравитация заставляет горячие газы подниматься, притягивая свежий, холодный кислород к основанию пламени. В некоторых случаях, когда материал является слабовоспламеняемым, это может привести к явлению, называемому «срывом пламени», которое фактически гасит огонь. На Луне этот поток существует, но он гораздо медленнее, что позволяет кислороду постоянно поступать к пламени, не создавая достаточно быстрого движения паров для возникновения срыва пламени. Другими словами, материалы, которые на Земле могут быть слабовоспламеняемыми, на Луне могут гореть очень долго.

Будущие исследователи Луны по очевидным причинам не хотят, чтобы в их обитаемых модулях возникали масштабные пожары, поэтому нам лучше понять, как предотвратить их как можно скорее, учитывая приближающийся срок, когда мы сможем обеспечить постоянное присутствие экипажа на лунной поверхности. FM2 внесет свой вклад в это исследование, отправившись на поверхность Луны в рамках миссии Commercial Lunar Payload Service (CLPS).

Там, в автономной камере, будут сжигаться четыре образца твердого топлива в условиях длительной лунной гравитации, которую пока невозможно воссоздать где-либо еще. Камера будет оснащена камерами, радиометрами и датчиками кислорода для мониторинга пламени и атмосферы в режиме реального времени. Она обеспечит первое соединение между теоретическим поведением пламени в условиях частичной гравитации и наблюдаемым поведением в условиях 1G и невесомости, полученным в предыдущих исследованиях. Что особенно важно, объем данных составит несколько минут, в отличие от секунд, которые можно получить при испытаниях с падением и параболических полетах.

Пока неизвестно, обновит ли НАСА свой стандарт — запуск автономной капсулы для испытаний пламени на Луну кажется слишком дорогостоящим. Но ничто не заменит реальные данные из реальной среды, и FM2 впервые предоставит некоторые данные о поведении пламени с нашей следующей крупной базы в Солнечной системе. Ученые и писатели-фантасты будут внимательно следить за результатами.