Sense foc al cel: evitar el pitjor malson d’un astronauta

Contra les probabilitats, la tripulació va apagar la flama, provocada per un generador de “vela” d’oxigen que no funcionava bé, per salvar l’estació. La seva experiència també va ajudar a guiar els procediments de seguretat contra incendis a bord del successor de Mir, l’Estació Espacial Internacional. Ara, amb els hàbitats lunars i marcians en les etapes de planificació, els investigadors estan investigant la millor manera de respondre al foc amb una gravetat reduïda i amb la ingravidesa.

“Amb els recursos materials limitats i sense rutes immediates d’escapament, qualsevol incendi accidental s’ha de mitigar ràpidament abans que es comprometi la missió o es posi en risc la vida dels membres de la tripulació”, explica Sebastien Vincent-Bonnieu. L’equip SciSpacE de l’ESA, que forma part d’un grup internacional centrat en la reducció del risc d’incendi per gravetat.

La gravetat més baixa fa que trobar focs sigui més difícil

A la Terra, l’aire calent puja, de manera que té un sentit evident col·locar detectors de fum als sostres, on s’acumularan productes de combustió i fum.

“Però a mesura que es redueix el camp de gravetat a Mart (0,38 g) o a la Lluna (0,16 g), la flotabilitat disminueix i, per tant, el temps típic necessari per detectar un incendi amb equips regulars és major”, afirma Guillaume Legros, de França. Institut de Combustion, Aérothermique, Réactivité et Environnement (ICARE – CNRS).

“Pitjor encara, en una nau espacial no hi ha flux flotant i, per tant, el fum seguirà el complex moviment d’aire imposat pel sistema de ventilació, que conduirà a un temps de detecció d’incendis més llarg pels detectors de fum que normalment es col·loquen al llarg de les línies de ventilació”.

Aquest sistema de detecció d’incendis ha servit durant dues dècades a bord de l’Estació Espacial Internacional. Si el foc s’apaga, els astronautes disposen de procediments per combatre’l, començant per apagar la ventilació per aturar-ne l’extensió, apagar l’alimentació de les unitats afectades i, a continuació, desplegar extintors, procedint finalment a netejar l’aire del mòdul en qüestió.

Tot i que Augustin Guibaud de University College de Londres assenyala que: “Les opcions que esgotin els recursos no renovables, com ara descarregar extintors o abocar oxigen, no són viables en el context de l’exploració lunar o marciana, perquè el subministrament d’emergència des de la Terra trigaria prohibitivament a arribar”.

Encenent focs de baixa G en vols parabòlics

Els experiments anteriors mostren que aspectes clau relacionats amb la seguretat contra incendis, com la ignició, la propagació de la flama, el creixement del foc, la degoteig de material cremant i els processos de producció de fum, també evolucionen de manera molt diferent en condicions de gravetat reduïdes. Els experiments suggereixen que el material considerat suficientment limitat en el desenvolupament del foc a la Terra pot cremar amb més força en condicions similars amb una gravetat reduïda. Això és encara més problemàtic, ja que és probable que també trigar més a despertar l’alarma sobre un incendi.

Per obtenir més informació, els investigadors van recórrer a plataformes de recerca com l’Airbus ‘Zero-G’ A-310 de Novespace que va volar des de l’aeroport de Merignac a Bordeus, França. Volant paràboles escarpades es poden crear breus períodes d’ingravidesa de 20 a 30 segons o gravetat reduïda semblant a la Lluna o a Mart.

Una plataforma experimental anomenada DIAMANTS (Detecció d’encesa i mitigació a bord de naus espacials no danyades): dissenyat per Universitat de la Sorbona i finançat per l’agència espacial francesa CNES – proporciona mesures úniques de propagació de la flama en diferents atmosferes durant aquests vols parabòlics.

Jean-Marie Citerne, de la Universitat de la Sorbona, comenta: “Com que som capaços de mesurar l’extinció o propagació de flames i cartografiar propietats in situ sota nivells de gravetat controlats i condicions de flux ambiental, aquests experiments constitueixen un conjunt únic de dades per a estudis científics que condueixen usos tecnològics “.

DIAMANTS permet avaluar diferents pressions o contingut d’oxigen per obtenir la màxima seguretat contra incendis, juntament amb sondar l’atmosfera viciada i comprovar el rendiment dels ignífugs candidats.

Coneixement compartit per a la seguretat contra incendis

Els resultats es comparteixen dins d’un equip d’actualitat finançat per l’ESA, amb socis de la NASA, l’agència espacial japonesa JAXA i Roscosmos de Rússia.

Tornem a prop del començament d’aquest any de la NASA Experiment de seguretat contra incendis de naus espacials-V (Saffire-V) va realitzar amb èxit una sèrie de proves de combustió orbital a gran escala a bord d’una sonda espacial Cygnus, que només es va activar un cop la sonda espacial es va desembarcar de l’Estació Espacial Internacional. “Les dades de Saffire-V ens permetran modelar escenaris d’incendi i augmentar la nostra confiança en les estratègies de seguretat”, diu Gary A. Ruff, el director de projecte de Saffire al Glenn Research Center de la NASA.

Les atmosferes candidates per a futures missions amb tripulació, com ara un entorn de baixa pressió i alt contingut d’oxigen, que serien avantatjoses en termes de massa i reducció de fuites, es poden avaluar amb seguretat pel que fa al risc d’incendi.

“Totes les troballes tenen un impacte en futurs projectes de recerca, com ara el nostre experiment japonès sobre els límits d’inflamabilitat a la reducció de g, FLARE, que tindrà lloc a l’ISS durant 2021”, diu el professor Osamu Fujita, que és l’investigador principal de FLARE. sonda propagant flames en contingut elevat d’oxigen mitjançant una configuració òptica desenvolupada mitjançant l’ús de DIAMANTS ”.

Yutao Li de la Universitat de la Sorbona afegeix: “Una futura campanya de vol de gravetat parcial de l’ESA serà l’ocasió per analitzar, per primera vegada, la mida de les partícules emeses per la propagació de flames en aquestes condicions, que és crucial per desenvolupar sistemes de detecció a mida”.

“La col·laboració ha estat realment clau per al tremend progrés que hem fet durant l’última dècada”, conclou la professora Grunde Jomaas de l’Escola d’Enginyeria de la Universitat d’Edimburg, que coordina un grup internacional, juntament amb l’equip ESA Topical, es va centrar en la reducció del risc d’incendi per gravetat. “Compartir els resultats de les observacions obtingudes en vols parabòlics, juntament amb les torres de caiguda i els experiments espacials, permeten conèixer primerament el comportament del foc a l’espai, avançant així cap a un entorn segur contra incendis per a l’exploració de l’espai humà”.