دانشمندان نشان می دهند که چرا آتش در طول ماموریت های فضایی بسیار خطرناک است

فضانوردان در طول پرواز فضایی با خطرات متعددی مانند ریزگرانش و قرار گرفتن در معرض تشعشع مواجه هستند. میکروگرانش می تواند تراکم استخوان را کاهش دهد و قرار گرفتن در معرض اشعه سرطان زا است. با این حال، این عوارض مزمن هستند.

بزرگترین خطر برای فضانوردان آتش سوزی است، زیرا فرار در یک ماموریت طولانی به مریخ یا جاهای دیگر فراتر از مدار پایین زمین دشوار خواهد بود. دانشمندان در حال تحقیق در مورد چگونگی رفتار آتش در فضاپیما هستند تا بتوان از فضانوردان محافظت کرد.

دانشمندان مرکز فناوری کاربردی فضایی و میکروگرانش (ZARM) در دانشگاه برمن در حال بررسی خطرات آتش سوزی در فضاپیما هستند.

آنها مطالعه جدیدی را با عنوان ‘اثر غلظت اکسیژن، فشار و سرعت جریان مخالف بر روی شعله پخش شده در طول ورقه های نازک PMMA’ در Proceedings of the Combustion Institute منتشر کرده اند. نویسنده اصلی، هانس کریستوف ریس است.

دکتر فلوریان مایر، رئیس گروه تحقیقاتی فناوری احتراق در ZARM گفت: آتش سوزی در یک فضاپیما یکی از خطرناک ترین سناریوها در ماموریت های فضایی است.

‘به سختی هیچ گزینه ای برای رسیدن به یک مکان امن یا فرار از یک فضاپیما وجود دارد. بنابراین درک رفتار آتش سوزی در این شرایط خاص بسیار مهم است.’

از سال ۲۰۱۶، ZARM درباره نحوه رفتار و گسترش آتش در شرایط ریزگرانشی مانند آنچه در ایستگاه فضایی بین‌المللی است، تحقیق کرده است.

این شرایط همچنین شامل سطح اکسیژن مشابه زمین، گردش هوای اجباری و فشار محیطی مشابه زمین است. ناسا آزمایش های مشابهی را انجام داده است و اکنون می دانیم که آتش در ریزگرانش رفتار متفاوتی نسبت به زمین دارد.

در ابتدا، آتش با شعله کوچکتر می سوزد و مدت زمان بیشتری گسترش می یابد. این به نفع آتش است زیرا به سرعت متوجه نمی شود.

آتش همچنین در میکروگرانش گرمتر می شود، به این معنی که برخی از موادی که ممکن است در شرایط عادی زمین قابل احتراق نباشند، می توانند در فضاپیما بسوزانند و مواد شیمیایی سمی در هوای فضاپیما ایجاد کنند.

فضاپیمای ماموریت های مریخ محیط های متفاوتی نسبت به ایستگاه فضایی بین المللی خواهد داشت. فشار هوای محیط پایین‌تر خواهد بود، که دو مزیت دارد: فضاپیما را سبک‌تر می‌کند و همچنین به فضانوردان اجازه می‌دهد تا برای مأموریت‌های خارجی سریع‌تر آماده شوند.

با این حال، فشار کمتر محیط، تغییر حیاتی دیگری را در محیط سفینه فضایی ایجاد می کند. محتوای اکسیژن باید بیشتر باشد تا نیازهای تنفسی فضانوردان را برآورده کند.

در این آخرین آزمایشات، تیم ZARM آتش را در این شرایط تجدید نظر شده آزمایش کرد.

PMMA مخفف پلی متیل متاکریلات است و معمولاً اکریلیک نامیده می شود. این ماده رایجی است که به جای شیشه استفاده می شود زیرا سبک و نشکن است. ISS از آن استفاده نمی کند، اما برای استفاده در فضاپیماهای آینده در حال توسعه است. کپسول Orion از اکریلیک ادغام شده با مواد دیگر برای پنجره ها استفاده می کند و فضاپیماهای آینده احتمالاً از چیزی مشابه استفاده خواهند کرد.

محققان در آزمایش‌های خود، فویل‌های شیشه‌ای اکریلیک را روی آتش روشن کردند و سه عامل محیطی را تغییر دادند: فشار محیط، محتوای اکسیژن و سرعت جریان.

آنها از برج قطره ای برمن برای شبیه سازی ریزگرانش استفاده کردند.

آزمایش‌ها نشان داد که فشار محیطی پایین‌تر باعث کاهش آتش می‌شود. با این حال، محتوای اکسیژن بالاتر تأثیر قوی تری دارد. سطح اکسیژن ISS 21 درصد است، درست مانند سطح زمین.

فضاپیماهای آینده با فشارهای محیطی کمتر، سطح اکسیژن تا ۳۵ درصد خواهند داشت. این به معنای افزایش شدید خطری است که فضانوردان در اثر آتش سوزی با آن مواجه هستند. نتایج نشان می دهد که یک آتش سوزی می تواند سه برابر سریعتر از آن در شرایط زمین گسترش یابد.

همه ما می دانیم افزایش جریان هوا آتش را سریعتر پخش می کند. به همین دلیل روی یک شعله کوچک می دمیم تا آتش بزرگتری ایجاد کنیم. افزایش جریان هوا اکسیژن بیشتری را تحویل می‌دهد و احتراق را افزایش می‌دهد، بنابراین افزایش جریان هوا در فضایی با اکسیژن بالاتر وضعیت خطرناکی را برای فضانوردان ایجاد می‌کند.

دکتر فلوریان مایر گروه تحقیقاتی فناوری احتراق در ZARM گفت: نتایج ما فاکتورهای حیاتی را نشان می‌دهد که باید هنگام توسعه پروتکل‌های ایمنی آتش‌سوزی برای مأموریت‌های فضایی فضانوردی در نظر گرفته شوند.

با درک چگونگی گسترش شعله ها در شرایط جوی مختلف، می توانیم خطر آتش سوزی را کاهش دهیم و ایمنی خدمه را بهبود بخشیم.

این مقاله در ابتدا توسط Universe Today منتشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.