Какие опасности скрывает пламя в космосе?
Планирование пилотируемых полетов на Луну связано с многочисленными рисками, среди которых пожар считается одним из самых непредсказуемых и опасных факторов. Ученые из Исследовательского центра Гленна NASA, Центра Джонсона и Университета Кейс Вестерн Резерв опубликовали работу, в которой обосновывают необходимость проведения тестов на воспламеняемость материалов непосредственно в лунных условиях. Главная проблема заключается в том, что пламя на Луне ведет себя совсем не так, как на Земле, пишет ScienceAlert.
Смотрите также Кто может следующим пройтись по Луне: NASA раскрывает вероятных кандидатов
На нашей планете гравитация заставляет горячие газы подниматься вверх, что создает естественную конвекцию. Этот процесс подтягивает свежий кислород к основанию огня. В некоторых случаях, когда материал едва способен гореть, быстрое движение воздуха может привести к явлению, известного как срыв пламени, что фактически тушит огонь.
На Луне воздушные потоки, хотя и существуют, гораздо медленнее. Это позволяет кислороду постоянно подпитывать пламя, не создавая при этом достаточно быстрого движения пара для автоматического тушения пожара. Из-за этого материалы, которые на Земле считаются безопасными, на Луне могут гореть чрезвычайно долго.
Долгое время безопасность космических полетов гарантировал стандарт NASA-STD-6001B. Он предусматривает испытание, во время которого к нижней части вертикально закрепленного образца материала подносят пламя длиной 15 сантиметров. Если огонь распространяется выше чем на 15 сантиметров или с материала капают горящие обломки, он считается непригодным для использования в космосе.
Эксперименты с огнем
Однако этот тест проводится на Земле, где существует четкое понимание верха и низа, а также действуют мощные конвекционные потоки. В условиях невесомости, например, на Международной космической станции, таких ориентиров нет. Там огонь не тянется вверх, а формирует сферические сгустки, которые медленно распространяются наружу, питаясь преимущественно за счет систем вентиляции станции.
Изображение сферического пламени во время эксперимента на борту МКС / NASA
Ученые уже проводили эксперименты на борту МКС, зажигая около 1 500 маленьких огоньков для изучения физики горения. Однако NASA старается избегать масштабных тестов в жилых модулях, чтобы не подвергать экипаж опасности.
Для более серьезных исследований использовали грузовые корабли Cygnus в рамках серии экспериментов Saffire. Когда корабль отстыковывался от станции и перед тем, как сгореть в атмосфере Земли, исследователи поджигали внутри него большие листы хлопка, стекловолокна и акрила. Эти испытания показали удивительные результаты: пламя иногда двигалось против потока воздуха и горело сильнее на более тонких материалах.
Образец ткани горит внутри беспилотного грузового космического корабля Cygnus / Фото NASA
Несмотря на успех Saffire, кратковременные тесты в условиях свободного падения или на параболических самолетах не дают полной картины. Башни сброса обеспечивают лишь 5 секунд невесомости, а специальные рейсы самолетов – около 25 секунд. Этого недостаточно для изучения долговременных последствий пожара. Именно поэтому была разработана миссия FM2 (Flammability of Materials on the Moon).
Миссия FM2
Экспериментальная установка FM2 будет отправлена на Луну в рамках коммерческой программы доставки грузов CLPS, пишет Universe Today. Она представляет собой полностью автономную камеру, где будут сожжены четыре образца твердого топлива. Это позволит впервые в истории наблюдать за длительным горением в условиях лунной гравитации, которую невозможно воспроизвести на Земле на длительное время. Бокс будет оснащен видеокамерами, радиометрами и датчиками кислорода для мониторинга состояния атмосферы внутри в режиме реального времени.
Эти данные станут мостиком между теоретическими моделями и реальными наблюдениями, полученными в условиях земной и нулевой гравитации. Ученые получат минуты бесценной информации вместо считанных секунд.
Хотя запуск отдельных капсул на Луну только для испытания огня является дорогим удовольствием, NASA считает, что реальные данные из реальной среды невозможно заменить никакими расчетами. Результаты FM2 помогут понять, как защитить будущие лунные базы от пожаров и, возможно, заставят пересмотреть устаревшие земные стандарты безопасности для космических материалов.