Μια νέα μελέτη από ερευνητές του NASA και του Case Western Reserve University περιγράφει μια προγραμματισμένη αποστολή για τη δοκιμή της ευφλεκτότητας υλικών στην επιφάνεια της Σελήνης
Unsplash
Υπάρχει μία ιδιαίτερη πρόκληση που αντιμετωπίζουν οι επανδρωμένες αποστολές του κοντινού μέλλοντος και τρομάζει τους σχεδιαστές αποστολών περισσότερο από σχεδόν οτιδήποτε άλλο: η φωτιά.
Μια νέα μελέτη από ερευνητές του NASA (από τα Glenn Research Center και Johnson Space Center) και του Case Western Reserve University περιγράφει μια προγραμματισμένη αποστολή για τη δοκιμή της ευφλεκτότητας υλικών στην επιφάνεια της Σελήνης — όπου αναμένεται ότι η φωτιά θα συμπεριφέρεται πολύ διαφορετικά από ό,τι στη Γη.
Στη Γη, η βαρύτητα κάνει τα θερμά αέρια να ανεβαίνουν, τραβώντας φρέσκο, ψυχρό οξυγόνο στη βάση της φλόγας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όταν ένα υλικό είναι οριακά εύφλεκτο, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται «blowoff», το οποίο τελικά σβήνει τη φωτιά.
Στη Σελήνη, αυτή η ροή υπάρχει, αλλά είναι πολύ πιο αργή, επιτρέποντας στο οξυγόνο να τροφοδοτεί συνεχώς τη φλόγα χωρίς να δημιουργείται αρκετά γρήγορη κίνηση αερίων ώστε να προκληθεί το φαινόμενο blowoff.
Με άλλα λόγια, υλικά που στη Γη ίσως να μην θεωρούνται πραγματικά εύφλεκτα, στη Σελήνη θα μπορούσαν να καίγονται για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Οι μελλοντικοί εξερευνητές της Σελήνης προφανώς δεν θέλουν μια ανεξέλεγκτη φωτιά μέσα στο καταφύγιό τους, οπότε είναι κρίσιμο να κατανοήσουμε πώς να την αποτρέψουμε όσο το δυνατόν νωρίτερα — ειδικά ενόψει των σχεδίων για μόνιμη ανθρώπινη παρουσία στη σεληνιακή επιφάνεια.
Για δεκαετίες, βασιζόμαστε σε μια δοκιμή της NASA, γνωστή ως NASA-STD-6001B, για τον έλεγχο της ευφλεκτότητας υλικών πριν από διαστημικές αποστολές. Ωστόσο, το διάστημα είναι πολύ πιο περίπλοκο από ό,τι μπορεί να προσομοιώσει ένα τεστ στη Γη.
Για να κατανοηθεί καλύτερα το πρόβλημα, είναι χρήσιμο να εξηγηθεί πρώτα η ίδια η δοκιμή.
Η NASA-STD-6001B απαιτεί να κρατηθεί μια φλόγα περίπου 15 εκατοστών στη βάση ενός κάθετα τοποθετημένου δείγματος υλικού. Αν το υλικό καεί πάνω από 15 εκατοστά προς τα πάνω ή αν στάξει φλεγόμενα υπολείμματα, αποτυγχάνει στη δοκιμή. Ακούγεται λογικό — αλλά υπάρχει ένα βασικό πρόβλημα: η δοκιμή γίνεται στη Γη.
Στο περιβάλλον της Γης, υπάρχει αέρας που κινείται και δημιουργεί ρεύματα μεταφοράς. Υπάρχει επίσης «πάνω» και «κάτω», ενώ σε περιβάλλοντα όπως ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός αυτές οι κατευθύνσεις δεν υπάρχουν.
Ως αποτέλεσμα, οι φωτιές δεν «ανεβαίνουν» προς τα πάνω σε συνθήκες μικροβαρύτητας — σχηματίζουν σφαιρικές «μπάλες» φλόγας που εξαπλώνονται αργά προς τα έξω και τροφοδοτούνται σχεδόν αποκλειστικά από τα συστήματα αερισμού του σταθμού.
Ωστόσο, το να απενεργοποιηθεί απλώς ο αερισμός δεν θα έλυνε το πρόβλημα. Μπορεί η έλλειψη ροής αέρα να επιβραδύνει τη φωτιά, αλλά θα μπορούσε να προκαλέσει υποβόσκουσα καύση (smoldering), με το υλικό να παραμένει ενεργό μέχρι να ενεργοποιηθούν ξανά οι ανεμιστήρες και να αναζωπυρωθεί.
Η καλύτερη λύση είναι η άμεση μελέτη της συμπεριφοράς της φωτιάς στο διάστημα. Για αυτόν τον λόγο, οι ερευνητές έχουν πραγματοποιήσει πειράματα στον ISS, ανάβοντας περίπου 1.500 μικρές φλόγες για να κατανοήσουν καλύτερα πώς λειτουργεί η καύση σε συνθήκες μικροβαρύτητας.
Ωστόσο, η NASA προτιμά να αποφεύγει φωτιές αρκετά μεγάλες ώστε να προκαλέσουν ζημιές — για προφανείς λόγους, καθώς κάτι τέτοιο θα μπορούσε να εκθέσει ολόκληρο τον κατοικήσιμο χώρο σε ανοιχτή φλόγα.
Αντί γι’ αυτό, έχει στραφεί στο πείραμα Saffire (Spacecraft Fire Safety). Τα πειράματα αυτά πραγματοποιήθηκαν μέσα σε μη επανδρωμένες κάψουλες φορτίου Cygnus, αφού αποσυνδέονταν από τον Διεθνής Διαστημικός Σταθμός και πριν εισέλθουν ξανά στην ατμόσφαιρα της Γης για να καούν.
Κατά τη διάρκεια αυτών των δοκιμών, οι ερευνητές άναψαν μεγάλα φύλλα από βαμβάκι/υαλοΐνες, υφάσματα και ακρυλικά υλικά, ώστε να παρατηρήσουν πώς καίγονται σε συνθήκες μικροβαρύτητας.
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν περίεργες φυσικές συμπεριφορές:
Οι φλόγες μερικές φορές εξαπλώνονταν αντίθετα από τη ροή του αέρα
Σε λεπτότερα υλικά, η καύση ήταν πιο έντονη και θερμή
Τα δεδομένα από το Saffire ήταν αρκετά για να δείξουν ότι υπάρχουν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στα πρότυπα δοκιμών της NASA και στην πραγματική συμπεριφορά της φωτιάς στο διάστημα.
Έτσι, οι επιστήμονες στράφηκαν στην επόμενη καλύτερη λύση: δοκιμές ελεύθερης πτώσης. Ωστόσο, η παρατήρηση της συμπεριφοράς της φωτιάς σε έναν πύργο πτώσης (περίπου 5 δευτερόλεπτα έλλειψης βαρύτητας) ή σε μια παραβολική πτήση (περίπου 25 δευτερόλεπτα) δεν επαρκεί για να μελετηθεί η μακροχρόνια επίδρασή της.
Το πείραμα FM2 στη Σελήνη
Η λύση έρχεται με το πείραμα Flammability of Materials on the Moon (FM2). Η χαμηλότερη βαρύτητα της Σελήνη προσφέρει ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον περιβάλλον για τη μελέτη της συμπεριφοράς της φωτιάς.
Το FM2 θα εκτοξευθεί στο πλαίσιο μιας αποστολής του προγράμματος Commercial Lunar Payload Services (CLPS) προς την επιφάνεια της Σελήνης.
Εκεί:
- Ένας αυτόνομος θάλαμος θα κάψει τέσσερα δείγματα στερεών καυσίμων
- Τα πειράματα θα γίνουν σε πραγματικές συνθήκες σεληνιακής βαρύτητας μεγάλης διάρκειας (κάτι που δεν μπορεί να αναπαραχθεί στη Γη)
- Ο θάλαμος θα διαθέτει κάμερες, ραδιόμετρα και αισθητήρες οξυγόνου για συνεχή παρακολούθηση
Το FM2 θα αποτελέσει την πρώτη «γέφυρα» μεταξύ:
- της θεωρητικής συμπεριφοράς της φωτιάς σε μερική βαρύτητα
- και των παρατηρήσεων σε κανονική βαρύτητα (1G) και μικροβαρύτητα
Το πιο σημαντικό: θα παρέχει δεδομένα διάρκειας λεπτών — σε αντίθεση με τα λίγα δευτερόλεπτα των προηγούμενων δοκιμών.
Τι σημαίνει αυτό για το μέλλον
Παραμένει αβέβαιο αν η NASA θα αναθεωρήσει τα πρότυπά της, καθώς τέτοιες αποστολές είναι ιδιαίτερα δαπανηρές. Ωστόσο, τίποτα δεν μπορεί να αντικαταστήσει τα πραγματικά δεδομένα από πραγματικές συνθήκες.
Το FM2 θα προσφέρει για πρώτη φορά άμεσες πληροφορίες για τη συμπεριφορά της φωτιάς σε έναν από τους επόμενους μεγάλους «σταθμούς» της ανθρωπότητας στο Ηλιακό Σύστημα.
Δεν είναι περίεργο που τόσο οι επιστήμονες όσο και οι συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας περιμένουν με μεγάλο ενδιαφέρον τα αποτελέσματα
