В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Запуском российского модуля "Звезда" 12 июля 2000 года начат новый этап в развитии мировой пилотируемой космонавтики XXI века: для постоянной работы на орбите была введена в эксплуатацию международная космическая станция (МКС), которая состоит из двух автономных сегментов - российского и американского
Устройство российского сегмента МКС
По проекту каждый сегмент МКС обеспечивает жизнедеятельность трех членов экипажа и предоставляет все необходимые ресурсы (транспортные услуги, энергетическое обеспечение, команды управления и т.п.) для поддержания работоспособности станции и проведения на ее борту научных исследований. Однако всеми этими возможностями в настоящее время обладает только российский сегмент (см. схему), который включает в себя модули "Заря", "Звезда" и "Пирс", а также отечественную транспортную систему, состоящую из грузовых кораблей "Прогресс" и пилотируемых кораблей "Союз", хорошо зарекомендовавшую себя еще при эксплуатации станции "Мир".
Необходимость повышенных мер пожарной безопасности
Большое количество служебной и научной аппаратуры, имеющейся в российском сегменте МКС, электрических связей между приборами и блоками, наличие кислородного оборудования и высокотемпературные режимы работы некоторых систем - все это требует особого внимания при обеспечении пожарной безопасности.
Специалистами РКК "Энергия" им. С.П. Королева совместно с ВНИИПО МЧС России и другими организациями разработан комплекс профилактических и активных мер, позволяющих предупредить пожароопасные ситуации, а в случае возгорания справиться с пожаром и его последствиями.
Случаи возгораний и их причины
Статистика, собранная за более чем 30-летней срок эксплуатации орбитальных станций "Салют" и "Мир", показывает, что применение профилактических мероприятий и встроенных (системных) средств в целом обеспечивает пожарную безопасность орбитальной станции, однако полностью возникновения пожара не исключает.
Во время полета орбитальной станции "Салют-7" дважды отмечалась пожароопасная ситуация. В первом случае после срабатывания системы пожарообна-ружения космонавт заметил, что один из приборов выделяет дым, и применил огнетушитель. Во втором случае космонавт ощутил запах дыма и в результате поисков обнаружил и отключил перегревшийся вентилятор.
За время эксплуатации орбитальной станции "Мир" также было отмечено два случая возгорания. Первый случай, произошедший в ноябре 1994 г., был связан с прогаром фильтра удаления запахов твердотопливного генератора кислорода (ТГК), размещенного в базовом блоке станции. Возгорание было замечено экипажем в самой начальной стадии и ликвидировано без применения огнетушителя.
Второй случай произошел в феврале 1997 г., когда в ТГК, размещенном в модуле "Квант", в момент его включения загорелся твердый источник кислорода (ТИК), что привело к прогару корпуса ТГК, повреждению панели интерьера и проходящих рядом воздуховода и кабелей. Сработали пожарные датчики, и экипаж, обнаружив возгорание, немедленно принял меры к его ликвидации: были применены огнетушители не только из базового блока станции, но и из других модулей, поскольку ТИК выделяет кислород, который поддерживает горение. При этом экипаж задействовал и средства индивидуальной защиты: сначала изолирующие противогазы ИПК-1М, а затем, когда дым рассеялся, респираторные маски. Пожар был ликвидирован через 1,5 минуты его возникновения.
Для очистки атмосферы орбитальной станции "Мир" в базовом блоке и в модуле "Квант" были включены системы удаления вредных примесей. Приблизительно за 36 часов содержание вредных примесей было снижено на 90%, что позволило экипажу дышать без респираторов.
В 1998 г. в результате ошибочного переключения патрона системы удаления вредных примесей (из режима вакуумной регенерации в режим сорбции без необходимой выдержки для охлаждения сорбента) появился запах гари. Экипаж отключил систему настолько быстро, что пожарные датчики даже не успели сработать.
Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности МКС
Пожаробезопасность МКС обеспечивается тремя уровнями мероприятий, представленными на рисунке.
Мероприятия I уровня обусловливаются принятыми в космической отрасли нормативными документами (стандартами и техническими условиями), используемыми при разработке оборудования и конструкций. Каждый отдельно взятый прибор, блок, агрегат на стадии его разработки проходит оценку на пожаробезопасность и получает заключение о применении.
II уровень - средства обеспечения пожаробезопасности, предусматриваемые при разработке приборов, узлов, агрегатов и систем космического корабля (системы аварийной защиты, средства контроля и диагностики и т.п.). По своей сути мероприятия II уровня должны обеспечивать полную пожарную безопасность разработки и применения оборудования, включая нештатные ситуации.
III уровень - активные средства, т.е. средства пожарообнаружения и подавления пожара.
Для защиты органов зрения и дыхания членов экипажа при тушении пожара, а также до восстановления среды обитания после пожара применяются средства индивидуальной защиты. Кроме того, используются средства очистки атмосферы, которые удаляют продукты термодеструкции материалов после пожара. Экспресс-анализ состояния атмосферы станции на наличие отдельных "пожарных "микропримесей после очистки проводится с помощью индикаторных пробозаборников.
Устройство системы пожарообнаружения и оповещения о пожаре
В качестве мероприятий III уровня обеспечения пожаробезопасности в российском сегменте МКС действует централизованная система пожарообнаружения и оповещения о пожаре, построенная по блочно-модульному принципу.
Модуль "Звезда" МКС оснащен средствами пожарообнаружения и пожаротушения, в состав которых входят: система обнаружения и оповещения о пожарной ситуации "Сигнал-ВМ", два огнетушителя ОКР-1 и три противогаза ИПК-1 М.
Система "Сигнал-ВМ" предназначена для обнаружения задымленности атмосферы отсека и сигнализации экипажу при возникновении пожароопасной ситуации. Сигнал о срабатывании какого-либо из 10 дымовых датчиков ДС-7А, расположенных внутри гермообъема модуля "Звезда", поступает на пульт управления системой, где загорается светодиод, указывающий место расположения датчика. Далее сигнал поступает в бортовой вычислительный комплекс. На пульте космонавта загорается табло красного цвета "НАЛИЧИЕ ДЫМА", включается звуковая сирена, а на бортовом и переносных дисплеях появляется сообщение, указывающее место возгорания. Этот же сигнал дублируется во всех модулях российского сегмента МКС и транслируется в американский сегмент, где на пультах космонавта появляется сигнал "ОБОБЩЕННАЯ АВАРИЯ" и наименование модуля, откуда поступил сигнал.
При срабатывании двух и более датчиков дыма на пульте космонавта загорается табло "ПОЖАР" и включается звуковая сирена с модулированным сигналом, а на бортовом и переносных дисплеях появляется сообщение, указывающее место пожара. При этом автоматически отключается межмодульная вентиляция и вентиляция в модуле "Звезда", а также система получения кислорода электролизом воды "Электрон-ВМ" и электропитание систем, имеющих в своем составе мощные вентиляторы.
Отсутствие естественной конвекции в условиях невесомости приводит к обеднению кислородом зоны горения и самозатуханию возгорания. Поэтому отключение вентиляции принято в российском сегменте МКС как основной и наиболее эффективный метод тушения пожара (теоретические и экспериментальные аспекты этого метода будут рассмотрены ниже).
Модули "Заря" и "Пирс" оснащены системами пожарообнаружения на основе извещателей дымовых электроиндукционных ИДЭ-2, предназначенных для раннего обнаружения возгораний полимерных материалов по продуктам их термического разложения на стадии допламенного горения. Алгоритм обнаружения и сигнализации о пожаре в модулях "Заря" и "Пирс" аналогичен системе "Сигнал-ВМ" в модуле "Звезда".
Средства пожаротушения
Для тушения возгораний на МКС имеются огнетушители: огнетушитель космический ручной ОКР-1 и огнетушитель специальный переносной ОСП-4. Оба они тушат пожар струей воздушно-механической пены, которая изолирует возгорание от кислорода атмосферы внутри корабля и охлаждает зону горения. Кроме того, пузырьки пены, выбрасываемой из огнетушителя ОКР-1, наполнены азотом, который дополнительно снижает содержание кислорода в зоне горения, увеличивая эффективность тушения. Огнетушащая пена химически нейтральна, хорошо покрывает поверхности, а затем легко удаляется. Огнетушители разработаны так, чтобы с ними можно было работать при любом положении огнетушителя в пространстве, в том числе и в невесомости. На фото 1 изображены общий вид огнетушителя ОКР-1 и его работа при тушении листа пенопласта площадью 0,5 м2 в ходе наземных испытаний (огонь был потушен за 15 с при времени полной разрядки огнетушителя 30 с).
Огнетушители ОКР-1 и ОСП-4 различаются типом огнетушащего вещества, габаритами, массой и соответственно количеством вырабатываемой огнетушащей пены. Более объемный ранцевый огнетушитель ОСП-4 размещен в наиболее просторном и свободном модуле "Заря". Портативный ручной огнетушитель ОКР-1, с которым можно управляться одной рукой, размещен в модулях "Звезда" и "Пирс".
Для защиты органов дыхания и зрения космонавтов используется изолирующий космический противогаз ИПК-1М, который является индивидуальным средством защиты одноразового действия. Время защитного действия противогаза составляет от 20 минут (при выполнении работы средней тяжести) до 140 минут (в покое).
Оптимальный метод - ЭУ "Скорость"
Для более глубокого исследования процесса горения твердых материалов в невесомости, выработки рекомендаций по созданию эффективных средств пожаротушения, а также для совершенствования техники пожаротушения в условиях космического полета РКК "Энергия" и исследовательский центр им. М.В. Келдыша в 1992-1998 гг. провели разработку и эксперименты в условиях орбитального полета станции "Мир" на экспериментальной установке (ЭУ) "Скорость".
Целью экспериментов на ЭУ "Скорость" являлось не только исследование процесса горения твердых материалов в невесомости, но и определение в условиях реального космического полета предельной скорости воздушного потока, при которой происходит самозатухание пламени. Для этого сначала во ВНИИПО, а затем и в исследовательском центре им. М.В. Келдыша были созданы наземные экспериментальные установки, имитирующие процесс горения в невесомости. В качестве модельных использовались образцы из оргстекла (газофазно-горящие), текстолита (ограниченно-горящие) и хлопчатобумажного шнура (тлеющие). Такие же образцы материалов исследовались в условиях реального космического полета на созданной специалистами РКК "Энергия" ЭУ "Скорость", общий вид которой представлен на фото 2.
Эксперименты на наземных установках, имитирующих условия микрогравитации, показали, что самозатухание образцов материалов происходит при скоростях набегающего потока менее 2 см/с. В условиях же реального космического полета три серии экспериментов, проведенных с ЭУ "Скорость" на орбитальной станции "Мир", показали, что, во-первых, при скоростях воздушного потока от 5 до 20 см/с (скорости потока, принятые для гермоотсеков МКС) горение материалов в условиях невесомости не только возможно, но даже более интенсивно, чем на Земле (т.е. аналогично горению материалов снизу вверх в условиях земной гравитации); во-вторых, при скоростях потока менее 1-2 см/с в условиях невесомости горение становится вялым и полностью прекращается при скорости потока, равной 0,2-0,5 см/с (для горящих материалов) и 0-0,2 см/с (для тлеющих материалов).
На фото 3 и 4 приведены кадры видеозаписи экспериментов, проведенных на орбитальной станции "Мир".
Результаты экспериментов, с одной стороны, подтвердили возможность тушения возгорания путем торможения воздушного потока (автоматического отключения вентиляции), принятого на МКС в качестве первоочередной меры борьбы с пожаром, а с другой стороны, позволили вывести корреляционные коэффициенты для определения горючести практически любых твердых материалов в условиях невесомости. Для этого достаточно провести их исследование на модельных наземных установках.
Усовершенствованная установка " Скорость-М"
С 1999 г. в рамках программы научно-прикладных исследований "МКС-НАУКА" в РКК "Энергия" совместно с исследовательским центром им. М.В. Келдыша ведется разработка и изготовление усовершенствованной летной ЭУ "Скорость-М", общий вид которой представлен на фото 5.
По сравнению с камерой горения ЭУ "Скорость" в камере горения ЭУ "Скорость-М" практически отсутствуют местные завихрения потока от зажигающих устройств, влияющие на ламинарность потока в зоне горения исследуемого образца, что существенно улучшает качество эксперимента. После поджигания образца зажигающее устройство убирается в специальную нишу и закрывается крышкой. В камере горения ЭУ "Скорость-М" можно исследовать процесс горения материала не только в направлении потока воздуха, но и против него (по теории, в невесомости материал должен гореть в том направлении, откуда в зону горения подводится кислород). Для этого в камере горения предусмотрено два зажигающих устройства: одно - для поджигания образца с торцевой поверхности, а другое - с боковой.
ЭУ "Скорость-М" обеспечивает также исследование так называемого "масштабного фактора", влияющего на предельные скорости горения и распространения пламени в невесомости. Все результаты экспериментов, которые будут проводиться с ЭУ "Скорость-М" на МКС, пройдут многократную отработку на наземных модельных экспериментальных установках в исследовательском центре им. М.В. Келдыша и проверку на лабораторном образце ЭУ "Скорость-М" в РКК "Энергия".
В перспективе
Сегодня отечественная космонавтика имеет приоритет в области технологий исследования процесса горения твердых материалов в условиях микрогравитации. Ни одна страна в мире (в том числе и США), ведущая аналогичные исследования с начала 1980-х годов, не имеет систем такого уровня для исследования материалов в условиях реального космического полета. В перспективе полученные результаты предполагается использовать как новый аттестационный параметр, характеризующий пожарную опасность неметаллических конструкционных материалов в условиях космического полета, и разработать рекомендации по повышению пожарной безопасности космических кораблей и орбитальных станций.
Литература
С.Ю. Романов
Заместитель генерального конструктора РКК "Энергия"
А.В. Семенов
Начальник отдела РКК "Энергия"
Т.В. Андреева
Ведущий инженер РКК "Энергия"
Опубликовано: Каталог "Пожарная безопасность"-2004
Посещений: 30102
Автор
| |||
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
