Вперше в історії космосу: NASA хоче влаштувати пожежу на Місяці

Нова наукова робота дослідників із Дослідницького центру Гленна та Космічного центру Джонсона NASA, а також Case Western Reserve University, описує заплановану місію з тестування займистості матеріалів на поверхні Місяця — де, як очікується, полум’я поводитиметься зовсім інакше, ніж на Землі.

Є одна конкретна проблема, яка стоїть перед пілотованими місіями найближчого майбутнього і лякає планувальників більше за майже будь-яку іншу: вогонь. На Землі гравітація змушує гарячі гази підніматися вгору, притягуючи свіжий, прохолодний кисень до основи полум’я. У деяких випадках, коли матеріал є гранично займистим, це може призводити до явища, відомого як “blowoff”, яке фактично гасить вогонь.

На Місяці цей потік існує, але значно повільніший, що дозволяє кисню постійно підживлювати полум’я, не створюючи достатньо швидкого руху пари для виникнення умов “blowoff”. Інакше кажучи, матеріали, які на Землі можуть вважатися фактично незаймистими, на Місяці можуть горіти дуже довго.

Майбутні дослідники Місяця, очевидно, не хочуть мати неконтрольовану пожежу у своєму житловому модулі, тому краще зрозуміти, як їм запобігати, раніше, ніж пізніше, з огляду на наближення термінів створення постійної пілотованої присутності на поверхні Місяця. Протягом десятиліть ми покладалися на тест NASA під назвою NASA-STD-6001B для оцінки займистості матеріалів для польотів. Але космос набагато складніший, ніж умови наземного тестування. Щоб зрозуміти проблему, спочатку корисно розібратися в самому тесті.

NASA-STD-6001B передбачає піднесення шестидюймового полум’я до нижньої частини вертикально закріпленого зразка матеріалу. Якщо матеріал згорає більш ніж на шість дюймів вгору або утворює палаючі краплі, він не проходить тест. Звучить логічно, але є нюанс — тест проводиться на Землі.

Втім, у земному середовищі є повітря, яке рухається і створює конвекційні потоки. Також існують поняття “вгору” і “вниз”, тоді як у середовищах на кшталт Міжнародної космічної станції таких орієнтацій немає. У результаті в мікрогравітації вогонь не спрямований “вгору” — він формує сферичні кулі полум’я, які повільно розширюються, і майже повністю залежать від вентиляційних систем станції.

Але просто вимкнути вентиляцію проблему не вирішить. Так, відсутність руху повітря може сповільнити пожежу, але це лише призведе до тління матеріалу, який чекатиме на ввімкнення вентиляторів, щоб знову зайнятися. Найкращим рішенням було б вивчати фізику полум’я безпосередньо на МКС, і дослідники вже запалювали 1500 невеликих вогнів, щоб вивчити процеси горіння.

Однак NASA прагне уникати пожеж, достатньо великих, щоб пошкодити матеріали — з очевидних причин, адже це означало б відкритий вогонь у всьому житловому просторі станції. Натомість NASA раніше зверталося до експерименту Spacecraft Fire Safety (Saffire). Ці дослідження проводилися всередині безпілотного вантажного корабля Cygnus після його від’єднання від МКС і перед входом в атмосферу Землі, де він згорав.

Під час цих тестів дослідники підпалювали великі листи бавовни/скловолокна, тканини та акрилу, щоб спостерігати, як вони горять у мікрогравітації. Вони виявили незвичну фізику: іноді полум’я поширювалося у напрямку, протилежному повітряному потоку, і горіло гарячіше на тонших матеріалах.

Дані Saffire виявили розбіжності між стандартом NASA та реальною поведінкою вогню в космосі. Тому дослідники звернулися до наступного варіанту — тестів падіння. Але спостереження за полум’ям у drop-tower (5 секунд невагомості) або під час параболічного польоту (25 секунд) недостатні, щоб вивчити довготривалий вплив.

Тут з’являється експеримент Flammability of Materials on the Moon (FM2). Нижча гравітація Місяця є ще цікавішим середовищем для вивчення динаміки полум’я. FM2 буде запущено в межах місії Commercial Lunar Payload Service (CLPS) на поверхню Місяця.

На Місяці автономна камера спалюватиме чотири зразки твердого палива в умовах тривалої місячної гравітації, що наразі неможливо відтворити в інших умовах. Камера буде оснащена засобом відеозйомки, радіометрами та датчиками кисню для моніторингу полум’я та його середовища в реальному часі. Це стане першим містком між теоретичною поведінкою полум’я в умовах часткової гравітації та спостереженнями в 1G і нульовій гравітації з попередніх досліджень. Ключово те, що будуть отримані хвилини даних, на відміну від секунд у drop-тестах і параболічних польотах.

Чи оновить NASA свій стандарт — поки невідомо, адже запуск окремої капсули для тестування вогню на Місяці може бути надто дорогим. Але ніщо не замінить реальні дані з реального середовища, і FM2 вперше надасть інформацію про поведінку полум’я з нашого наступного великого форпосту в Сонячній системі. Як науковці, так і автори наукової фантастики уважно стежитимуть за результатами.

Окремо варто враховувати, що експеримент FM2 перевірятиме горіння не лише в “земній” атмосфері, а й у так званих Space Exploration Atmospheres — із підвищеною концентрацією кисню, які планують використовувати у майбутніх місячних модулях. У поєднанні з місячною гравітацією це створює умови, де межі займистості матеріалів можуть бути значно ширшими, ніж на Землі.

Джерело: Science Alert