Undersøgelse viser, at en detektor ikke passer alle til røg i rumfartøjer

Hvad havde været en fredelig og produktiv mission for de seks mænd ombord på den russiske rumstation Mir, herunder den amerikanske astronaut Jerry Linenger, blev næsten et tragisk mareridt i løbet af aftenen den 24. februar, 1997. En litiumperchloratbeholder, designet til at generere ilt via en kemisk reaktion, pludselig brød i flammer, når den blev aktiveret. Selvom branden hurtigt blev dæmpet, en tæt, livstruende røg-anderledes i form og bevægelse end dens tyngdekraftsbundne modstykke på Jorden-fyldte hurtigt stationen. At være indespærret i et begrænset område 360 ​​kilometer (224 miles) over den nærmeste brandvæsen gjorde situationen endnu mere usikker. "Du kan ikke bare åbne et vindue for at ventilere rummet, "kommenterede kosmonauten Aleksandr Lazutkin i en NASA -rapport om hændelsen.

Heldigvis, logisk tænkning og hurtig handling fra Mir-besætningen begrænsede brandens påvirkning og forhindrede, at der opstår skader eller røgrelaterede komplikationer. Men lærdommen den dag er ikke glemt af NASA. Arbejde med National Institute of Standards and Technology (NIST) siden 2002, rumorganisationen har intensivt undersøgt røgens adfærd i mikrogravitation som grundlaget for hurtig udvikling, følsomme og pålidelige metoder til at opdage det under rumflyvning. I et nyt papir i Fire Safety Journal ( FSJ ), et team af NASA- og NIST -forskere beskriver, hvordan de så på de røgpartikler, der blev produceret af fem materialer, der almindeligvis bruges ombord på rumfartøjer med besætning, definerede deres egenskaber og vurderede, hvor godt de kunne detekteres af to traditionelle systemer.

Fordi ikke alle partiklerne blev konsekvent påvist, forskerne anbefaler, at "den næste generation af rumfartøjs branddetektorer skal forbedres og testes mod røg fra relevante rummaterialer."

At opdage en brand i rummet kræver en helt anden proces end på Jorden. Her, opdrift - som er afhængig af tyngdekraften - får varme gasser til at stige og får en flamme til at strække sig til en lang og spids form. Røgpartikler stiger også, derfor placerer vi detektorer på loftet. I mikrogravitation, der er ingen opdrift, så flammer er sfæriske i form med røgen ofte aggregeret i store partikler eller lange kæder, der spredes i alle retninger. Derfor, røgdetektorer på den internationale rumstation (ISS) og andre moderne rumfartøjer er placeret inden i ventilationssystemet frem for på en rumvæg (Der er alligevel ikke "op og ned" i et rumskib til at definere et loft.).

Derudover Materialerne ombord på et rumskib, der kan blive brændstof til en brand, er ikke det samme som potentielle brændbare stoffer i terrestriske miljøer. Det betyder, at røgen, der dannes ved en brand i mikrogravitation, også kan have forskellige egenskaber afhængigt af kilden, og disse egenskaber skal overvejes, når man designer effektive røgdetektorer til køretøjer med besætning.

At videnskabeligt definere egenskaber og adfærd for røgpartikler i rummet, NASA og NIST gennemførte Smoke and Aerosol Measurement Experiment (SAME) ombord på ISS. Resultaterne fra denne langsigtede undersøgelse diskuteres i den nye FSJ papir.

SAMME undersøgte røgpartikler produceret af fem materialer, der almindeligvis findes ombord på rumfartøjer:cellulose, i form af en bomuldslampe væge; Kapton, en polymer, der anvendes til varmeisolering; silikongummi, anvendes i tætninger og pakninger; Teflon, bruges i isoleringstråde; og Pyrell, et polyurethanskum, der bruges til emballering af genstande for at overleve kræfterne ved lancering og genindtræden.

Prøverne, indpakket i trådtråde, blev lastet af en ISS -astronaut i en roterbar karrusel lukket inde i en af ​​stationens handskerum. Et softwareprogram ville derefter anvende elektrisk strøm til ledningerne for at opvarme materialerne og producere røg. Røgen blev derefter "ældet" i et kammer for at simulere den tid, det ville tage at opbygge i et reelt brandscenario. I hver af de samme kørsler, den ældede røg blev rettet til seks enheder:en prøvesamler (til elektronmikroskopisk analyse på Jorden, der definerede morfologien for røgpartiklerne), en partikeltæller, en kommerciel røgdetektor og en massemonitor, der bruges til at måle partikelstørrelse, og to forskellige rumfartøjs røgdetektorer, ioniseringsmodellen, der blev brugt under rumfærge -programmet og det fotoelektriske system nu ombord på ISS.

"Ved at kontrollere og ændre tre faktorer:hastigheden af ​​prøveopvarmning, luftstrømmen, der passerer rundt om det opvarmede materiale og alderen på den dannede røg, vi opnåede værdifulde data om røg fra forskellige mulige brandforhold, "sagde Tom Cleary, en forfatter på FSJ papir og NIST -ingeniøren, der kalibrerede det udstyr, der blev brugt i SAMT.

Evaluering af ydeevnen for den nuværende ISS -røgdetektor gav et noget foruroligende fund.

"De store røgpartikler, der produceres ved overophedning af cellulosen, silikone- og Pyrell-prøver blev let opsamlet af den lysspredende fotoelektriske ISS-detektor, sagde Marit Meyer, en forsknings luftfartsingeniør ved NASA Glenn Research Center i Cleveland, Ohio, og hovedforfatter på FSJ papir. "Imidlertid, det lykkedes ofte ikke at opdage de mindre røgpartikler fra Teflon og Kapton, en stor bekymring, fordi begge materialer i vid udstrækning bruges i elektronik, som er den mest sandsynlige kilde til brand og røg i rummet. "

Meyer tilføjede, at den ældre ioniseringsdetektor fra rumfærgetiden kun klarede sig lidt bedre for teflonrøg.

"I betragtning af den brede vifte af materialer og opvarmningsforhold, der er mulige i et rumfartøjs brand, såvel som komplikationerne fra baggrunds -aerosoler i kabinen, f.eks. støv, vi konkluderede, at ingen enkelt røgdetekteringsmetode, der i øjeblikket er tilgængelig, er følsom nok til at detektere alle mulige røgpartikelstørrelser, "sagde hun." Mere forskning er nødvendig for bedre at forstå, hvordan brande opfører sig i mikrogravitation, og til gengæld, hvordan man bedst opdager dem så tidligt som muligt, uanset hvilken type røg de skaber. "

Hjælp med at give viden, er målet med NASA-brandundersøgelsen på næste niveau, rumfartøjets brandforsøg, også kendt som Saffire. Under tre tests udført i 2016 og 2017, ubemandede ISS -fragtfartøjer ved slutningen af ​​deres missioner blev omdannet til kredsende brandlaboratorier, komplet med sonder, sensorer, kameraer og andre sofistikerede enheder. Besætninger på jorden antændte fjerntliggende Saffire -brændstofprøver, overvåget testens forløb, og indsamlede de producerede branddata. Hvert eksperiment sluttede passende med, at køretøjet brændte op i Jordens atmosfære.

Yderligere tre Saffire -forbrændinger er planlagt til 2019 og 2020, som også vil omfatte målinger af røgpartikler. Som med SAMME, NIST's Cleary kalibrerer alle de røgpartikelinstrumenter, der bruges i programmet.