载人航天领域的防火安全

1、载人航天领域的防火安全载人航天领域的防火安全Institute for Thermal Power Engineering Zhejiang University1. 安全防火必要性安全防火必要性 安全防火是载人航天必须妥善解决的最重要问题之一，它可能影响飞行任务的成败和威胁航天员的身体健康和生命安全。氧气氧气可燃物可燃物着火源着火源2. 航天器着火事故回顾航天器着火事故回顾*1962年在布鲁克斯空军基地，二人空间舱进行地面试验，舱内是35kPa纯氧环境，有两名受试验者，因未知的电异常现象引起聚氯乙烯绝缘材料着火。*1962年在宾夕法尼亚飞行乘员试验室进行载人舱地面模拟试验。舱内是35kPa纯

2、氧环境，有四名受试者。因舱内极热弧光使电线绝缘材料被点燃。*1967年1月27日在佛罗里达州肯尼迪航天中心，阿波罗载人飞船4号在发射台进行演练。舱内为110kPa纯氧环境,有三名宇航员。因电线短路/异常引起着火，导致三名宇航员死亡事故的发生。3. 案例：案例：俄罗斯和平轨道站俄罗斯和平轨道站1997年年2月起火事件月起火事件一名航天员启动了固体燃料氧气发生器以增加舱内的氧气浓度。该氧气发生器刚启动后，装置氧气发生器的容器发生破裂并引起了失控的着火，夹杂着融化金属和火花的火焰直接喷射向和平号轨道空间站上的壁面，喷射火焰达0.5m，火焰撞击了周围的材料引起冒烟。这些烟雾通过舱内的通风系统迅速地蔓延

3、，并充满整个和平号轨道舱内。舱内的能见度急剧下降到了小于1m，一直持续了20分钟。此间由于呼吸困难，最初的两分钟内航天员被迫戴上带有储存压缩空气的防护面罩。航天员最担心的是舱壁被熔穿。3. 案例：案例：俄罗斯和平轨道站俄罗斯和平轨道站1997年年2月起火事件月起火事件一位航天员首先进行灭火，并试图用湿毛巾盖住周围可燃材料，其他航天员使用了两个泡沫喷射灭火器直接喷向火焰和周围的材料以防止火焰蔓延。其余的三个灭火器也部分的投入使用。航天员还使用了喷水灭火器，但是效果极其微弱，幸运的是氧气发生器容器破裂后喷射出来的火焰并未朝向舱壁面，而是朝向偏离的方向。也许是灭火剂的效果，或许是燃料燃尽，最后火熄灭

4、了。在火熄灭后75-165分钟后，航天员摘下了防护面罩，而是换上了类似医院使用的面罩，一直持续好几天。a.与整个系统的防火安全有关的微重力燃烧领域。b.与发动机点火、正常工作有关的微重力燃烧领域。c.与空间应用(如焊接、材料加工)有关的微重力燃烧领域。4.载人航天中的微重力燃烧问题范畴载人航天中的微重力燃烧问题范畴5. 载人航天中的防火安全载人航天中的防火安全防火原则防火原则在综合考虑载人航天器使命及当代技术水平，经济能力的基础上，在不危及载人航天器总任务和不危及航天员身体健康、生命安全的前提下，控制着火因素，尽量减小失火的可能性；一旦失火，能尽早发现、报警，并扑灭它，把损失限制在最低程度。万

5、一失火失的处理原则是，首先保障航天员的生命安全和身体健康，组织航天员撤离危险区，其次是尽力控制火势并扑灭，最后是保护好航天器内的各种设施。5. 载人航天中的防火安全载人航天中的防火安全5.1 材料的选择（以阿波罗防火计划为例）材料的选择（以阿波罗防火计划为例）5.1.1 较少使用可燃材料（剔除材料中的潜在燃料，其评价依据为材料的可燃性，关键指标是支持材料燃烧的极限氧气浓度和极限气流速度）a ) 防火聚合材料和复合材料: 聚酸亚胺/ 玻璃纤维复合材料；聚喹喔琳/ 玻璃纤维材料；防火碳氟化合物高弹体聚合材料, 氟硅氧烷弹胶材料等。b) 防火绝缘材料: 有F T A 一3 外膜的阻燃聚硅氧烷材料作为

6、导线的绝缘材料。c）防火热防护材料: 采用异氰尿酞氨硬泡沫、氯丁橡胶一异氰酸醋韧性泡沫等新研制的材料作为阿波罗的热防护材料。5.1.2 座舱大气的选用座舱大气的选用 使用二元气体大气：60 %氧,40 % 氮, 其压力近似为地表标准大气压。5.1.3 点火源的控制点火源的控制 只有在具备一定的点火能量的条件下才能引起燃烧。载人航天器上的火源可以是电系统故障、摩擦引起的机械系统过热、辐射热、粒子碰撞、化学反应等等所造成的。5. 载人航天中的防火安全载人航天中的防火安全5.2 着火的探测、报警与灭火着火的探测、报警与灭火精确的探测、快速报警、有效的灭火5.2.1 探测器探测器5. 载人航天中的防火

7、安全载人航天中的防火安全 使用各类传感器件来测定温度、压力、辐射、粒子浓度、化学成份等的变化或它们的组合变化。探测器的类型：探测器的类型：a）温度探测器：当温度达到某一预定值或温度的变化速率超过某一特定值时, 探测器就产生报警信号。b ) 烟雾探测器: 着火时烟雾中悬浮的粒子浓度变化, 利用所产生的微粒效应进行探测。例如，离子型烟雾探测器、光电型探测器c ) 辐射探测器: 当着火时红外线辐射到对红外线敏感的光电池上, 或紫外线辐射到充气管中使气体离子化而报警。5. 载人航天中的防火安全载人航天中的防火安全5. 载人航天中的防火安全载人航天中的防火安全5.2.2 报警器报警器 探测器探测的物理化

8、学变化超过预定值时即能触发报警器触点, 用光或声发出报警信号。5.2.3 灭火剂与器材灭火剂与器材 灭火是通过某些物理与化学的方法将火熄灭。火焰的熄灭可以由燃烧着的材料被打乱或被移走、氧化变缓慢、反应变冷、化学反应停止等上述之一或多个因素组合来达到。5. 载人航天中的防火安全载人航天中的防火安全5. 载人航天中的防火安全载人航天中的防火安全美国早期的载人航天器上是使用饮用水来灭火。Apollo载人航天器上采用了专门的手提式泡沫灭火器，灭火器中装有水和纤维凝胶。载人航天器上同时还配备了固定式和移动式的卤化烃(Halon)灭火器。现 在 广 泛 使 用 的 灭 火 剂 是Halon1301(CF3Br)，这种灭火剂能产生Br与火焰中的OH离子起反应而终止燃烧。 近代的载人航天器都配置有性能先进、工作可靠的失火监控，灭火扑救及善后回复系统。1. 采用火焰传播速度很慢的材料；2. 在可燃材料