Изучив результаты исследований горения в космосе, были выявлены основные опасности, связанные с распространением и ликвидацией пламени в условиях невесомости. Проведен анализ последствий возникновения пожара и способов его ликвидации.
Международная космическая станция (МКС) это международный проект в котором заинтересован весь мир. На данный момент его курируют 14 стран. Станция находится в эксплуатации с конца 1998 года по настоящее время. Ее использование запланировано до 2024 года включительно, однако рассматривается возможность продления этого срока до 2030 года.
Особенности МКС
Одной из основных задач МКС является исследовательская работа, поскольку станция находится в условиях отличных от земли, протекание на ней различных процессов имеет свои особенности. К примеру, пламя в условиях космоса ведет себя своеобразно, приобретая сферическую форму. Такая форма объясняется тем, что в условиях микрогравитации нет восходящего движения воздуха, и не происходит конвекция теплых и холодных его слоев, которая в земных условиях придает пламени форму «капли». Для горения топлива не хватает притока кислорода, и оно получается меньше и не такое горячее. Привычный для нас на Земле желто-оранжевый цвет пламени создается свечением частиц сажи, которые поднимаются с горячим потоком воздуха. В невесомости же пламя приобретает голубой цвет, потому что сажи образуется мало, да и та сажа, что есть, из-за более низкой температуры будет светиться только в инфракрасном диапазоне.
Подобные эксперименты регулярно проводят на борту космической станции в специальном модуле. Для них. Используются небольшие капли топлива, например гептана или метанола. Горение длится до тех пор, пока не закончится топливо, либо не потухнет пламя, при этом были зафиксированы такие случаи, когда горение капель гептана переходило в так называемую фазу «холодного горения». Опасность этой фазы в том что оно видимо только в инфракрасном излучении и не воспринимается человеческим глазом Исследователи объяснили это тем, что нормальный видимый огонь образуется при высоких температурах около 1500С, а по мере сгорания топлива начиналось более холодное горение, при котором образовывались не вода, углекислый газ и сажа, а более токсичные материалы, такие как формальдегид и монооксид углерода. Подобные эксперименты производились и на Земле, но в условиях гравитации такое горение весьма неустойчиво и быстро затухает. На МКС, же, холодное пламя может гореть несколько минут, и при этом создавать опасность распространения при контакте с окислителем или топливом. Так же опасность этого пламени в том что оно видим только в инфракрасном излучении и не воспринимается человеческим глазом На Земле это открытие может найти практическое применение, например в технологии, которая основана на зажигании горючей смеси в ДВС не от свечей, а от холодного пламени.
Уровень опасности
Поскольку поведение пламени в космических условия значительно отличается от земных, необходимо исследовать особенности, возникновения, распространения и ликвидации горения. Этим вопросом занялись специалисты NASA и провели серию экспериментов Spacecraft Fire Experiment (Saffire). Целью этого исследования было установление закономерностей распространения горения в условиях микрогравитации, по материалам из которых изготовляют космические летательные аппараты. Кристофер Пестак, участник команды, ответственной за проведение эксперимента, сообщил, что в условиях микрогравитации пламя ведет себя совсем не так, как на Земле. Соответственно, и способы тушения «космического пожара» должны быть иными. Результаты эксперимента, по его словам, должны помочь разработать материалы нового типа, которые будут использоваться для создания космических кораблей «дальнего следования».
С огнем в космосе уже приходилось сталкиваться. Так, 23 февраля 1997 года на космической станции «Мир» произошло возгорание кислородной шашки регенерации атмосферы. На самой станции тогда присутствовало 6 человек, это были участники 22-й и 23-й экспедиций. К станции в момент происшествия было пристыковано сразу два корабля «Союз ТМ», так что все люди могли быть эвакуированы. Но один из кораблей оказался отрезан.
Кроме того, из-за возгорания атмосфера на станции оказалась задымлена, и экипажу пришлось надеть противогазы. После ликвидации возгорания космонавтам пришлось находиться в респираторах некоторое время. Как оказалось впоследствии, пожар случился из-за дефекта в кислородной шашке.
Пожарная безопасность
Поскольку в российском сегменте станции расположено множество различной аппаратуры, электрических связей между приборами и блоками, наличие кислородного оборудования и системы, которые работают при высоких температурах - все это требует повышенного внимания при обеспечении пожарной безопасности.
Специалистами РКК "Энергия" им. С.П. Королева совместно с ВНИИПО МЧС России и другими организациями разработан комплекс мероприятий по защите и мониторингу, позволяющих избежать возникновения загорания а в случае происшествия быстро ликвидировать горение и устранить последствия.
На современном этапе развития на МКС используется система "Сигнал-ВМ" которая предназначена для обнаружения задымленности отсека и оповещения экипажа при возникновении пожароопасной ситуации. Сигнал о срабатывании какого-либо из 10 датчиков ДС-7А, расположенных внутри модуля "Звезда", поступает на пульт управления, где загорается светодиод, указывающий место, где расположен датчик. Далее сигнал поступает в бортовой вычислительный комплекс. На пульте космонавта загорается табло "НАЛИЧИЕ ДЫМА", включается сирена, а на бортовом и переносных дисплеях появляется сообщение, указывающее место возгорания. Этот же сигнал дублируется во всех модулях российского и американского сегмента МКС, где на пультах космонавта появляется сигнал "ОБОБЩЕННАЯ АВАРИЯ" и название модуля, откуда поступил сигнал.
При срабатывании двух и более датчиков дыма на пульте космонавта загорается табло "ПОЖАР" и включается звуковая сирена, а на бортовом и переносных дисплеях появляется сообщение, указывающее место пожара. При этом автоматически отключается межмодульная вентиляция и вентиляция в модуле "Звезда", а также система получения кислорода "Электрон-ВМ" и электропитание мощных систем вентиляции.
Отсутствие естественной конвекции в условиях невесомости приводит к тому что кислород со временем сгорает и в воздухе отсека не хватает окислителя для поддержания процесса горения, при этом огонь самостоятельно затухает. Эти факты подвели к выводу о том что отключение вентиляции в российском сегменте МКС как основной и эффективный метод тушения пожара
Выводы
На данный момент система предотвращения и обнаружения возгорания на МКС работает успешно. Однако этого может быть недостаточно для межпланетарных перелетов, к которым активно стремится человечество. Необходимы детальные исследования в этой области, а пока вопросы пожарной безопасности менее актуальны чем например угроза космического мусора.
Познавательно!
Если хотите больше научных статей , подписывайтесь на канал и ставьте лайки.