Einsatz für die Weltraumfeuerwehr

Der nächste Brand im Weltraum

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Ein Brand an Bord von Raumfahrzeugen (und Raumstationen) gehört wohl zu den Worst Case Szenarien der bemannten Raumfahrt, nicht nur wegen der destruktiven Auswirkungen von Feuer und Rauch, sondern auch deshalb, weil relativ wenig über das Verhalten von Feuer in der Mikrogravitation bekannt ist. Im Juni 2016 führten Wissenschaftler mit SAFFIRE-I, das erste, von drei geplanten, kontrollierten Brandexperimenten in größerem Umfang an Bord eines zur Erde zurückkehrenden Raumfrachters durch (das Feuerwehr Weblog berichtete). Bald soll nun der zweite Teil – SAFFIRE-II – folgen.

Hierzu startete am 18. Oktober 2016 eine Antares Rakete von Orbtial ATK, die ein Cygnus-Raumfrachter (OA-7) mit Nachschub und verschiedenen Experimenten zur ISS brachte. Mit an Bord sind insgesamt zwei Experimente, die mit Feuer und Bränden zu tun haben.

SAFFIRE-II

Im Rahmen des „Spacecraft Fire Experiment II“ (SAFFIRE-II) werden nun neun verschiedene Materialproben in der Größe 5×30cm, die im Übrigen regulär auf der Internationalen Raumstation (ISS) in Benutzung sind, entzündet. Darunter befinden sich SIBAL, NOMEX, Plexiglas und Silikongemische. Die gleichen Brennversuche führt die NASA auf der Erde durch, um Vergleichsdaten zu generieren. Beide Versuchsaufbauten emulieren die Konfiguration des NASA-STD-6001 Test 1[1], zielen also auf die Vergleichbarkeit mit der Brennbarkeit unter Schwerkraftbedingungen.

Ziel ist es zu untersuchen, wo die Grenzen der Entflammbarkeit dieser Materialien bei einer gegebenen Sauerstoffkonzentration von 21 Volumenprozent in der Mikrogravitation liegen, und ob die Methode, mit der die NASA bisher die Materialien für den Einsatz an Bord von Raumfahrzeugen auswählte, geeignet ist, Aussagen über ihre Entflammbarkeit in der Mikrogravitation zu machen.

Die Materialproben werden entzündet, sobald OA-7 entladen und von der ISS abgekoppelt ist und sich in ausreichendem Abstand zur Raumstation befindet. Da die Cygnus-Module nicht für einen Wiedereintritt in die Atmosphäre konstruiert sind, sind die Frachter für Brandexperimente prädestiniert.

Bisher waren Brandexperimente an Bord der ISS aus Sicherheitsgründen auf sehr kleine Feuer begrenzt. Es fehlt also an aussagekräftigen Daten zur Erhöhung des Brandschutzes. Das steht natürlich im Kontrast zu den groß angelegten Versuchen zur Feuersicherheit und Flammenhemmung für Strukturen und Gebäude auf der Erde. Bisher übertrug man die auf der Erde gewonnenen Daten auf die im Weltraum verwendeten Materialien und konstruierte die Raumfahrzeuge demgemäß. Trotz des Erfolges dieser Vorgehensweise bleibt ein gewisser Grad an Unsicherheit.

SAFFIRE-I und SAFFIRE-III

SAFFIRE-I und das 2017 folgende SAFFIRE-III untersuchen die Flammenausbreitung und die Entwicklung des Feuers an einem einen Meter langen entflammbaren und in Raumfahrzeugen genutzten Material. Ziel war bzw. ist es herauszufinden, ob es einen limitierenden Faktor für die Flammengröße gibt und wie schnell Flammen wachsen und sich über größere Flächen ausbreiten.

Mit SAFFIRE-III werden die Versuche nicht enden, so sind laut NASA Konzept für drei weitere SAFFIRE-Missionen in der Entwicklung, die ihren Fokus mehr auf die Flammengeschwindigkeit, Rauchausbreitung, Detektion und Feuerunterdrückung richten sollen.

Cool Flames

Das Experiment “Cool Flames” soll ein Phänomen untersuchen, das man bei anderen Brandexperimenten auf der ISS beobachtet hat. Diese vorangegangenen Versuche zeigten, dass reine Kraftstoffe einen zweistufigen Verbrennungsprozess zeigen, wenn sie in kleinen Tröpfchen in der Mikrogravitation verbrannt wurden, die durch eine normale Heißverbrennungsstufe vor dem Auslöschen der sichtbaren Flamme und einer nicht sichtbaren Niedertemperaturverbrennung gekennzeichnet sind.

Brennt eine Flamme bei etwa 600 Grad Celsius, spricht man von einer kalten Flamme bzw. einem Niedrigtemperaturfeuer. Zu Vergleich: Eine Kerze brennt bei etwa 1.200 Grad Celsius. Ein Feuer zeigt bei niedriger Temperatur keine sichtbaren Flammen, obwohl es brennt. Obwohl diese Art der Flamme auch auf der Erde vorkommt, verhalten sie sich in der Mikrogravitation anders.

„Cool Flames“ ergänzt nun die bestehende Detektorausrüstung, um dann eine Reihe von Experimenten mit verschiedenen Brennstoffen, atmosphärischen Zusammensetzungen und Additiven durchzuführen. Ziel ist es die Modelle des Niedertemperaturverbrennungsprozesses zu verbessern, die bei der Entwicklung zukünftiger Raumfahrzeuge und sehr sauber brennender Motoren auf der Erde hilfreich sein können.

Links im Feuerwehr Weblog

Externe Links

Fußnoten

[1] Dieser Test beschreibt die Anforderungen für Evaluation, Testverfahren und die Auswahl von Materialien die für den Einsatz in Raumfahrzeugen gedacht sind. https://standards.nasa.gov/news/042116/nasa-std-6001b-wchange-1-flammability-offgassing-and-compatibility-requirements-and-test

Dieser Artikel erschien am 20. Oktober 2016 zuerst im Feuerwehr Weblog.

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