Новая научная работа исследователей из Исследовательского центра Гленна и Космического центра Джонсона NASA, а также Case Western Reserve University, описывает запланированную миссию по тестированию воспламеняемости материалов на поверхности Луны — где, как ожидается, пламя будет вести себя совсем иначе, чем на Земле.
Есть одна конкретная проблема, которая стоит перед пилотируемыми миссиями ближайшего будущего и пугает планировщиков больше почти любой другой: огонь. На Земле гравитация заставляет горячие газы подниматься вверх, притягивая свежий, прохладный кислород к основанию пламени. В некоторых случаях, когда материал является предельно воспламеняющимся, это может приводить к явлению, известному как «blowoff», которое фактически тушит огонь.
На Луне этот поток существует, но значительно медленнее, что позволяет кислороду постоянно подпитывать пламя, не создавая достаточно быстрого движения пара для возникновенияе условий «blowoff». Иначе говоря, материалы, которые на Земле могут считаться фактически невоспламеняющимися, на Луне могут гореть очень долго.
Будущие исследователи Луны, очевидно, не хотят иметь неконтролируемый пожар в своем жилом модуле, поэтому лучше понять, как их предотвращать, раньше, чем позже, учитывая приближение сроков создание постоянного пилотируемого присутствия на поверхности Луны. В течение десятилетий мы полагались на тест NASA под названием NASA-STD-6001B для оценки воспламеняемости материалов для полетов. Но космос намного сложнее, чем условия наземного тестирования. Чтобы понять проблему, сначала полезно разобраться в самом тесте.
NASA-STD-6001B предусматривает поднесение шестидюймового пламени к нижней части вертикально закрепленного образца материала. Если материал сгорает более чем на шесть дюймов вверх или образует горящие капли, он не проходит тест. Звучит логично, но есть нюанс — тест проводится на Земле.
«Материал, который проходит испытания на воспламеняемость на Земле, может стабильно гореть на Луне», — отмечает SpaceDaily.
Однако в земной среде есть воздух, который движется и создает конвекционные потоки. Также существуют понятия «вверх» и «вниз», тогда как в средах вроде Международной космической станции таких ориентаций нет. В результате в микрогравитации огонь не направлен «вверх» — он формирует медленно расширяющиеся сферические шары пламени, которые почти полностью зависят от вентиляционных систем станции.
Но просто выключить вентиляцию проблему не решит. Да, отсутствие движения воздуха может замедлить пожар, но это лишь приведет к тлению материала, который будет ждать включения вентиляторов, чтобы снова заняться. Лучшим решением было бы изучать физику пламени непосредственно на МКС, и исследователи уже зажигали 1500 небольших огней, чтобы изучить процессы горения.
«Это будет первый в истории эксперимент по горению, проведенный на другом небесном теле», — сообщает NASA.
Однако NASA стремится избегать пожаров, достаточно больших, чтобы повредить материалы — по очевидным причинам, ведь это означало бы открытый огонь во всем жилом пространстве станции. Вместо этого NASA ранее обращалось к эксперименту Spacecraft Fire Safety (Saffire). Эти исследования проводились внутри беспилотного грузового корабля Cygnus после его отсоединения от МКС и перед входом в атмосферу Земли, где он сгорал.
Во время этих тестов исследователи поджигали большие листы хлопка/стекловолокна, ткани и акрила, чтобы наблюдать, как они горят в микрогравитации. Они обнаружили необычную физику: иногда пламя распространялось в направлении, противоположном воздушному потоку, и горело горячее на более тонких материалах.
Данные Saffire обнаружили расхождения между стандартом NASA и реальным поведением огня в космосе. Поэтому исследователи обратились к следующему варианту — тестов падения. Но наблюдения за пламенем в drop-tower (5 секунд невесомости) или во время параболического полета (25 секунд) недостаточны, чтобы изучить долговременное воздействие.
Здесь появляется эксперимент Flammability of Materials on the Moon (FM2). Низкая гравитация Луны является еще более интересной средой для изучения динамики пламени. FM2 будет запущен в рамках миссии Commercial Lunar Payload Service (CLPS) на поверхность Луны.
«Лунная гравитация может быть более опасной», — пишет Gizmodo.
На Луне автономная камера будет сжигать четыре образца твердого топлива в условиях длительной лунной гравитации, что пока невозможно воспроизвести в других условиях. Камера будет оснащена средством видеосъемки, радиометрами и датчиками кислорода для мониторинга пламени и его среды в реальном времени. Это станет первым мостиком между теоретическим поведением пламени в условиях частичной гравитации и наблюдениями в 1G и нулевой гравитации из предыдущих исследований. Ключевое то, что будут получены минуты данных, в отличие от секунд в drop-тестах и параболических полетах.
СпецпроектыЯк перетворити заощадження на дохід: досвід покупки корпоративних облігацій за кілька хвилин"Kатка24" – картка для геймерів від "ПриватБанку", Visa та NAVI. З нею можна отримати кешбеки, знижки та не тільки
Обновит ли NASA свой стандарт — пока неизвестно, ведь запуск отдельной капсулы для тестирования огня на Луне может быть слишком дорогим. Но ничто не заменит реальные данные из реальной среды, и FM2 впервые предоставит информацию о поведении пламени из нашего следующего большого форпоста в Солнечной системе. Как ученые, так и авторы научной фантастики будут внимательно следить за результатами.
Отдельно стоит учитывать, что эксперимент FM2 будет проверять горение не только в «земной» атмосфере, но и в так называемых Space Exploration Atmospheres — с повышенной концентрацией кислорода, которые планируют использовать в будущих лунных модулях. В сочетании с лунной гравитацией это создает условия, где пределы воспламеняемости материалов могут быть значительно шире, чем на Земле.
ППО проти астероїдів: удар апарата NASA DART змінив орбіту системи Дідімос
Источник: Science Alert