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为了应对太空失火,人类是如何“见招拆招”的?

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对火的控制和利用是人类的一件大事。利用火的功能,人类发明了火柴、火车、火轮、火药,以及火箭和飞船,借此脱离地球,进入了太空。可以说,火是人类进化、发展和文明道路上的发动机与助推器。

但是火总是桀骜不驯,它如同一柄双刃剑,既造福人类也危害人类。它每发威一次,人类就要经历一次火中取栗,甚至玩火自焚。由此造成的结果,人类把它称之为“火灾”。为增加全民的消防安全意识,我国从1992年起把每年的11月9日定为全国消防日。

1+3=0

1972年,苏联莫斯科电影制片厂出品了一部名叫《驯火记》的彩色传记电影。它在颂扬航天总设计师科罗廖夫传奇人生的同时告诉人们,航天科技的发展是一部曲折艰难的驯火史。

早在航天时代初期,航天专家们就清醒地意识到这是一种高风险行业。等到载人航天活动开始后,他们的风险意识就更强了,因为航天飞行的未知领域和技术太多太杂,哪怕一个细枝末节意识不到或者疏忽大意,结果就可能是灾难性的。

这种担忧没过几年就成了现实。1961年3月,苏联空军少尉、第一批航天员之一的邦达连科,在一次地面训练中因酒精棉球引起高压纯氧舱起火而身亡。1967年1月,美国在发射台上试验的阿波罗1号载人飞船发生火灾,3名航天员全部遇难。

在地面训练火灾中身亡的苏联航天员邦达连科

阿波罗1号飞船火灾中遇难的3名航天员(左起:格斯·格里索姆、爱德华·怀特、罗杰·查菲)

两起火灾,四人死亡。专家们由此联想到飞船在太空轨道上发生火灾的艰难处境与严重后果。地球上发生火灾时,我们可以采取各种有效办法扑救,并且拨打119火警电话,随即消防车就会风驰电掣一般赶来灭火。可是太空没有这种好戏,那里拨不通119电话,消防车更是鞭长莫及,开不到那里去,因此航天员完全处于孤立无援的境地。地球上着火后,人们可以立即逃离火场;可是太空不行,在航天飞机、空间站等大型载人航天器问世之前,载人飞船是空间狭小的密闭环境,航天员简直无处可逃。

阿波罗1号飞船失火后的内部照片

太空火灾并非杞人忧天。1997年,俄罗斯的和平号空间站就因一台氧气发生器故障发生火灾,使站内充满了呛人的烟雾,好在十几分钟后熄灭了,没有酿成大祸。美国的航天飞机也曾多次发生火情。值得庆幸的是,在迄今为止整整60年的载人航天活动中,太空火情、火险、火警为数不多,重大火灾事故一直保持零纪录。这种喜人的局面应该归功于多年来扎实有效的太空消防安全。

联盟TMA-4飞船发射前,消防车在火箭附近保驾护航

防患于“未燃”

“预防为主,防消结合”是中国的消防安全工作方针。世界各国太空消防安全的思路和做法与其基本一致。

载人航天器是高科技的结晶,里面各种电路、气路、液路纵横交错,可燃物、易燃物随处可见,因此酿成火灾的三个条件——可燃物、助燃物、引火源,无一缺少,处处皆备。要想在这种危险的环境里避免火灾发生,最好的办法就是预防为主。具体说就是从地面做起,从源头防范,从根本上杜绝火灾隐患,把它扼杀在萌芽状态。

首先,要在航天器的设计过程中努力减少可燃物、助燃物和引火源。

为了减少可燃物,在选择隔热、绝缘、密封和装饰等材料时应严格选用难燃或不燃材料,否则将助火为虐。这是来自阿波罗4A飞船血的教训,那场大火就是由电火花引燃拉舍尔材料网袋酿成的。

火灾的助燃物主要是舱内氧气,它是航天员的生命之源,所以要科学地利用好。阿波罗载人飞船曾使用百分之百的纯氧,结果它在“阿波罗4A”火灾中无异于火上浇油,事故后才改用氧气氮气混合气体。

火灾引火源主要来自航天器上的大量电气设备,它们发生的短路、过载和接触不良造成的过热等故障都可能引起火灾。在这方面,“阿波罗4A”火灾同样提供了惨痛教训。飞船的环境控制设备舱里装有一扇金属舱门,当航天员开舱门时,门的锋利边缘擦破了下面敷设的电缆的绝缘层,造成短路打火。所以,航天器的电气设备一定要安全可靠,避免形成引火源。

其次,在航天器的生产、试验和装配过程中,严格对所有零部组件的质量控制,确保产品的高质量和高可靠性,杜绝各种电路、气路和液路出现泄漏,以及推进剂的跑冒滴漏。

航天器+灭火器

尽管本着“预防为主”的方针,采取了各种预防措施,但是发生火灾的可能性仍然存在,因此“防消结合”必不可少。

多年来,为了迅速高效地扑灭太空火灾,航天专家和消防专家针对载人航天器的环境与地球完全不同的特殊情况,对微重力下火灾的发生、蔓延等现象进行了大量试验、分析和研究。结果表明,火在太空的燃烧现象和地球上不太一样。在地球上,火焰表现为圆锥形;而在太空,它因为微重力的作用近似球形。而且阴燃现象较多,燃烧局限在较小区域,扩散和传播速度较慢。这些情况说明微重力环境对火灾的发生和蔓延具有一定抑制作用,有助于灭火工作的施展,同时为太空火灾的预防、探测和扑救提供了理论依据。

航天员在KC-135飞机上练习在失重环境下使用灭火器

就像及早发现人体的病变,对于拯救人的生命意义重大一样,及早发现初起火情对于迅速扑灭火灾至关重要。因此载人航天器上大多装有包括烟感报警器在内的火灾报警系统,用于密切监视各部位各系统的安全状况。一旦哪里出现火情,报警器就会立即发出警报并显示具体部位。航天员和地面控制中心接到警报后会立即采取应急措施。

这些报警器的安装位置和地球上不太一样。在地球上,火灾的烟雾是向上扩散,最后聚积在屋顶下,所以报警器大多装在天花板中间。而在太空的航天器里,烟雾不是向上而是向四周扩散,所以报警器既要装在天花板上,也要装在墙壁等其他地方。

值得注意的是,这些高度灵敏的报警器有时候也会误事。1985年9月,刚进入礼炮7号空间站的3名苏联航天员,正在忙着检查和试验仪器仪表时突然警铃大作。2001年3月,在国际空间站的第二批3名航天员进站工作的第二天,命运号科学实验舱也突发火警。这两起火警让航天员们虚惊一场,原来站内根本没有火灾迹象,是报警器出现了误警,原因都是站内的尘埃和悬浮颗粒触发了报警器。

除火灾报警系统以外,载人航天器上还配备了防毒面具、氧气瓶、灭火器等消防器材。

1981年4月,航天员约翰·杨(左)和罗伯特·克里平在首次试飞的哥伦比亚号航天飞机上

灭火器是地球上除了消防车以外,最常见的消防器材,里面装着水、泡沫、干粉、二氧化碳、卤代烷等灭火剂。同样,灭火器也是太空最便捷好用的消防武器。不过,它对灭火剂的要求却很挑剔,毕竟太空火灾的扑灭环境与地球上不尽相同。例如,地球上灭火最常用的水在太空一般不用,因为水喷出后在微重力条件下难以集中到火焰上,只会形成水滴水雾在舱内四处飘浮,一旦渗进仪器设备有可能造成短路故障。干粉灭火器更不适用,因为造成的污染太严重,用它灭火,仪器设备倒是不会短路,可是座舱还能用吗?泡沫灭火器曾在阿波罗飞船的指令舱和天空实验室上配备过,不过一直没有灭火机会,否则产生的污染也不会小。

航天飞机STS-114机组的航天员在学习灭火器使用方法

相比之下,二氧化碳灭火器对于扑灭航天器这种充满精密仪器的火灾来说更好用,特点是灭火后很干净,不留污染痕迹;只是当它在空气中达到一定含量时会危及人的生命。说不定,火被灭的同时,航天员也被“灭”了。

卤代烷曾是一种性能良好的灭火剂,美国航天飞机装备的哈龙1301灭火器就属于这种类型。它的灭火效果很好,而且火后不留痕迹,曾在世界上广泛应用。但是,它虽然对人体无毒无害,却对大气臭氧层有破坏作用,多年前已经不再生产使用。

目前,科学家们还在研究试验适合各种火灾,既高能高效又无毒无污染的灭火剂,有的已经取得重大成果,例如细水雾灭火技术。它是用泵压或气压喷出水流,形成雾一样的水滴,对火焰产生冷却、窒息作用,在太空可以有效地扑灭各种火灾。由于使用的灭火剂就是普通的水,所以这种灭火技术不会对人员和设备造成危害。也就是说,等到细水雾技术成熟后正式应用时,以前不适用的水也可以在太空灭火中大显神威了。

测试细水雾便携式灭火器

不管是哪种灭火器或者哪种消防器材,都必须保证性能良好,随时可用。不能像和平号空间站那样,等到失火时才发现有的氧气罩是坏的,还有的灭火器竟然拿不下来,贻误了灭火时机。

航天员=消防员

有句话叫“水火无情”。太空一旦发生火灾,载人航天器上的仪器设备都可能遭到破坏,重大火灾还将危及航天器的安全,以及航天员的健康和生命。所以发生火灾时,火警就是命令,火场就是战场,航天器就是消防车,航天员就是消防员。

国际空间站上,日本航天员星出秋彦正在检查便携式灭火器

危急关头,航天员都会挺身而出,但是一定要保持镇静,切忌惊慌失措,只有这样才能对火情做出准确判断。其实,这对具有良好心理素质的航天员来说不难,难的是太空灭火要比地球上难得多。举例来说,在地球上使用灭火器很简单,先拔掉保险销,再将喷嘴对准火苗按下手柄就行,可是在太空,你刚按下手柄就可能向后飞出很远,因为喷出的灭火剂会产生反作用力。所以,航天员太空飞行前都要认真学好太空消防这门必修课,包括严格的灭火培训。灭火前,航天员首先要做好个人防护,包括佩戴防毒面具或氧气瓶,因为火焰和烟雾中包含多种危及人的健康甚至生命的有毒气体,确保安全后才能根据应急预案和具体情况实施扑救。

欧洲航天员弗兰克·德温尼在国际空间站上对便携式呼吸器进行每月的定期检查

灭火方法可以借鉴地球上的隔离法、窒息法、冷却法和抑制法。

按照隔离法,要关闭可燃气体和液体管道的阀门,搬开火源附近的可燃物。按照窒息法,要在第一时间切断通风系统,以免形成空气对流,为燃烧提供所需的空气;可以用不燃物或难燃物蒙盖燃烧物,阻止空气进入燃烧区。窒息法最有效的是座舱紧急减压,就是泄除航天器内的空气,给火焰一个釜底抽薪,使它因缺少空气自行熄灭,最后再恢复正常舱压。美国的双子星座、阿波罗飞船、航天飞机,俄罗斯的联盟号载人飞船,还有国际空间站都具备这种减压功能。当火灾用尽各种方法仍然扑不灭时,座舱减压将成为太空灭火的一柄杀手锏,前提是严格穿戴好专用航天服等防护设备。灭火的另外两种方法——冷却法和抑制法都是向燃烧物喷射灭火剂,前者是把燃烧物的温度降低到燃点以下,后者是通过抑制燃烧的化学反应过程,使燃烧终止。

当一切办法用尽,仍不能控制火势时,航天员当然不能坐以待毙,他们可以弃船(站)逃生。和平号空间站和国际空间站都备有救援飞船,航天员可以借此紧急撤离,返回地球。当然,这是谁都不愿看到的结果。

载人航天技术的发展需要消防技术并驾齐驱。或许将来有一天,当太空中的载人航天器像地球上的建筑一样鳞次栉比时,太空“消防车”会奔驰其中,警笛长鸣地驶向失火的航天器。不用说,那时太空119火警电话一定也早已开通。

评论
科普~陀陀
进士级
学习了。
2023-11-09
Timing
庶吉士级
或许将来有一天,当太空中的载人航天器像地球上的建筑一样鳞次栉比时,太空“消防车”会奔驰其中,警笛长鸣地驶向失火的航天器。
2023-11-10
巴合提古丽. 比达合
庶吉士级
可以说,火是人类进化、发展和文明道路上的发动机与助推器。
2023-11-10