NASA готує експерименти з вогнем на Місяці
Однією з найбільших загроз для майбутніх пілотованих місій на Місяць є пожежа. Це явище, яке на Землі здається цілком зрозумілим, у космічному просторі та на інших небесних тілах набуває принципово інших фізичних характеристик. Дослідники з Дослідницького центру Гленна, Центру космічних досліджень імені Джонсона та Університету Кейс Вестерн Резерв розробили місію FM2 (Flammability of Materials on the Moon), мета якої — вивчити, як матеріали горять в умовах місячної гравітації. 1 2
Зміст
Відмінності між Землею та Місяцем
На Землі процес горіння значною мірою визначається гравітацією. Коли вогонь нагріває навколишнє повітря, гарячі гази розширюються, стають менш щільними й піднімаються вгору. Цей процес створює природну конвекцію: на місце гарячих газів знизу підтягується свіже, прохолодне повітря, насичене киснем. У певних умовах, якщо матеріал має низьку здатність до займання, цей потік повітря може стати настільки інтенсивним, що виникає ефект «здування», який гасить полум’я.
На Місяці гравітація становить лише одну шосту від земної. Конвекційні потоки там існують, але вони значно повільніші. Це створює небезпечний парадокс: кисень продовжує надходити до джерела горіння, підтримуючи реакцію, проте швидкість руху повітря недостатня для того, щоб стався ефект «здування». Таким чином, матеріали, які на Землі вважаються безпечними або такими, що швидко згасають, у місячних умовах можуть горіти протягом тривалого часу.
Недосконалість чинних стандартів тестування
Протягом десятиліть NASA використовувало стандарт NASA-STD-6001B для перевірки матеріалів на займистість. Цей тест передбачає піднесення факела до нижньої частини вертикально закріпленого зразка. Якщо вогонь поширюється більше ніж на 15 см угору або якщо від матеріалу відпадають палаючі частки, він вважається непридатним для використання в космосі.
Проте цей метод має суттєве обмеження: він проводиться в земних умовах. На Міжнародній космічній станції (МКС) концепції «верху» та «низу» відсутні, а вогонь не витягується вгору, а набуває форми сферичних згустків, які повільно розширюються. Їх поширення майже повністю залежить від систем вентиляції станції. Вимкнення вентиляції не розв’язує проблему радикально, оскільки матеріал може продовжувати тліти, чекаючи на новий потік повітря для повторного займання.
Досвід попередніх досліджень у космосі
Для розуміння фізики полум’я в умовах мікрогравітації вчені провели серію експериментів на МКС, де було запалено близько 1500 невеликих вогнів. Однак проведення масштабних тестів безпосередньо на станції є занадто ризикованим для екіпажу та обладнання.
Альтернативою стали експерименти Saffire (Spacecraft Fire Safety), які проводилися всередині безпілотних вантажних кораблів Cygnus після того, як вони відстиковувалися від МКС, але до того, як вони згоряли в атмосфері Землі. Під час цих тестів спалювали великі листи акрилу, бавовни та скловолокна. Результати виявили несподівані фізичні ефекти:
- Полум’я іноді поширювалося в напрямку, протилежному потоку повітря.
- Тонші матеріали горіли інтенсивніше за товсті.
Ці дані підтвердили, що лабораторні випробування в умовах 1G не відображають реальної поведінки вогню в космосі.
Місія FM2
Експеримент Flammability of Materials on the Moon стане наступним етапом досліджень. Він буде доставлений на поверхню Місяця в межах програми Commercial Lunar Payload Service (CLPS). На відміну від короткочасних тестів у «вежах скидання» (5 секунд невагомості) або параболічних польотів літаків (25 секунд), FM2 забезпечить отримання даних протягом кількох хвилин або навіть годин.
Технічні особливості експерименту:
- Чотири зразки твердого палива будуть спалені всередині герметичної камери.
- Камера обладнана відеокамерами, радіометрами та датчиками кисню для відстеження динаміки полум’я в режимі реального часу.
- Тривала місячна гравітація є середовищем, яке на сьогодні неможливо повноцінно відтворити на Землі чи на навколоземній орбіті.
Дані FM2 стануть першим практичним підтвердженням теоретичних моделей поведінки полум’я в умовах часткової гравітації. Це дозволить NASA та іншим космічним агентствам переглянути стандарти безпеки та підготувати майбутні місячні бази до викликів, які неможливо передбачити в земних лабораторіях. Глибоке розуміння того, «як це працює» на поверхні Місяця, є критично важливим для створення постійної присутності людини на супутнику Землі.
Читайте також: Як місія «Артеміда-II» змінює людську психіку
Найцікавіше за тиждень
Один лист на тиждень. Без спаму.
Нові статті, добірки та корисні матеріали DAY TODAY — в одному короткому листі.
