Quella che era stata una missione pacifica e produttiva per i sei uomini a bordo della stazione spaziale russa Mir, compreso l'astronauta americano Jerry Linenger, divenne quasi un tragico incubo durante la sera del 24 febbraio, 1997. Un contenitore di perclorato di litio, progettato per generare ossigeno attraverso una reazione chimica, improvvisamente preso fuoco quando attivato. Anche se il fuoco è stato domato rapidamente, un denso, il fumo pericoloso per la vita, diverso per forma e movimento dalla sua controparte legata alla gravità sulla Terra, riempì rapidamente la stazione. Essere confinati in un'area limitata a 360 chilometri (224 miglia) sopra i vigili del fuoco più vicini ha reso la situazione ancora più precaria. "Non puoi semplicemente aprire una finestra per arieggiare la stanza, " ha commentato il cosmonauta Aleksandr Lazutkin in un rapporto della NASA sull'incidente.

Fortunatamente, il pensiero logico e l'azione rapida dell'equipaggio della Mir hanno limitato l'impatto dell'incendio e hanno impedito che si verificassero lesioni o complicazioni legate al fumo. Ma le lezioni apprese quel giorno non sono state dimenticate dalla NASA. Lavorando con il National Institute of Standards and Technology (NIST) dal 2002, l'agenzia spaziale ha studiato intensamente il comportamento del fumo in condizioni di microgravità come base per lo sviluppo veloce, metodi sensibili e affidabili per rilevarlo durante il volo spaziale. In un nuovo giornale in Giornale sulla sicurezza antincendio ( FSJ ), un team di ricercatori della NASA e del NIST descrive come hanno osservato le particelle di fumo prodotte da cinque materiali comunemente usati a bordo di veicoli spaziali con equipaggio, ha definito le loro caratteristiche e valutato come potrebbero essere rilevati da due sistemi tradizionali.

Poiché non tutte le particelle sono state rilevate in modo coerente, i ricercatori raccomandano che "la prossima generazione di rilevatori di incendio per veicoli spaziali deve essere migliorata e testata contro il fumo dei materiali spaziali pertinenti".

Rilevare un incendio nello spazio richiede un processo molto diverso rispetto alla Terra. Qui, la galleggiabilità, che dipende dalla gravità, fa salire i gas caldi e fa sì che una fiamma si estenda in una forma lunga e appuntita. Anche le particelle di fumo salgono, ecco perché posizioniamo i rilevatori sul soffitto. In microgravità, non c'è galleggiamento, quindi le fiamme sono di forma sferica con il fumo che spesso si aggrega in grosse particelle o lunghe catene che si diffondono in tutte le direzioni. Perciò, i rilevatori di fumo sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e altri veicoli spaziali moderni sono posizionati all'interno del sistema di ventilazione piuttosto che su una parete del compartimento (non c'è comunque "su e giù" in un veicolo spaziale per definire un soffitto).

Inoltre, i materiali a bordo di un veicolo spaziale che potrebbero diventare combustibile per un incendio non sono gli stessi potenziali combustibili negli ambienti terrestri. Ciò significa che anche il fumo generato da un incendio in microgravità può avere proprietà diverse a seconda della fonte, e tali caratteristiche devono essere prese in considerazione quando si progettano rilevatori di fumo efficaci per veicoli con equipaggio.

Per definire scientificamente le caratteristiche e il comportamento delle particelle di fumo nello spazio, La NASA e il NIST hanno condotto l'esperimento di misurazione del fumo e dell'aerosol (SAME) a ​​bordo della ISS. I risultati di questo studio a lungo termine sono discussi nel nuovo FSJ carta.

SAME ha studiato le particelle di fumo prodotte da cinque materiali che si trovano comunemente a bordo dei veicoli spaziali:cellulosa, sotto forma di stoppino di cotone; Kapton, un polimero utilizzato per l'isolamento termico; gomma di silicone, utilizzato in guarnizioni e guarnizioni; Teflon, utilizzato in fili isolanti; e Pyrell, una schiuma di poliuretano utilizzata per imballare oggetti per sopravvivere alle forze di lancio e rientro.

I campioni, avvolto in filamenti di filo, sono stati caricati da un astronauta della ISS in una giostra girevole racchiusa all'interno di uno dei vani portaoggetti della stazione. Un programma software applicherebbe quindi corrente elettrica ai fili per riscaldare i materiali e produrre fumo. Il fumo è stato quindi "invecchiato" in una camera per simulare il tempo necessario per accumularsi in uno scenario di incendio reale. In ciascuna delle SAME run, il fumo invecchiato è stato indirizzato a sei dispositivi:un collettore di campioni (per l'analisi al microscopio elettronico sulla Terra che ha definito la morfologia delle particelle di fumo), un contatore di particelle, un rilevatore di fumo commerciale e un monitor di massa utilizzato per misurare la dimensione delle particelle, e due diversi rilevatori di fumo per veicoli spaziali, il modello di ionizzazione utilizzato durante il programma dello space shuttle e il sistema fotoelettrico ora a bordo della ISS.

"Controllando e modificando tre fattori:la velocità di riscaldamento del campione, il flusso d'aria che passa intorno al materiale riscaldato e l'età del fumo generato, abbiamo ottenuto dati preziosi sul fumo da una varietà di possibili condizioni di incendio, " ha detto Tom Cleary, un autore sul FSJ carta e l'ingegnere del NIST che ha calibrato l'attrezzatura utilizzata in SAME.

La valutazione delle prestazioni dell'attuale rilevatore di fumo della ISS ha prodotto una scoperta alquanto inquietante.

"Le grosse particelle di fumo prodotte dal surriscaldamento della cellulosa, i campioni di silicone e Pyrell sono stati facilmente raccolti dal rivelatore fotoelettrico a dispersione di luce dell'ISS, " ha detto Marit Meyer, un ingegnere aerospaziale ricercatore presso il Glenn Research Center della NASA a Cleveland, Ohio, e autore principale sul FSJ carta. "Però, spesso non riusciva a rilevare le particelle di fumo più piccole di Teflon e Kapton, una grande preoccupazione perché entrambi i materiali sono ampiamente utilizzati nell'elettronica, che è la fonte più probabile di fuoco e fumo nello spazio".

Meyer ha aggiunto che il vecchio rilevatore di ionizzazione dell'era dello space shuttle è andato solo leggermente meglio per il fumo di Teflon.

"Considerando l'ampia gamma di materiali e le condizioni di riscaldamento possibili in un incendio di un veicolo spaziale, così come le complicazioni dovute agli aerosol di fondo nell'ambiente della cabina come polvere, abbiamo concluso che nessun singolo metodo di rilevamento del fumo attualmente disponibile è abbastanza sensibile da rilevare tutte le possibili dimensioni delle particelle di fumo, " ha detto. "Sono necessarie ulteriori ricerche per capire meglio come si comportano gli incendi in condizioni di microgravità, e a sua volta, il modo migliore per rilevarli il prima possibile da qualunque tipo di fumo creino."

Contribuire a fornire tale conoscenza è l'obiettivo dello studio antincendio di livello successivo della NASA, l'esperimento di fuoco della navicella spaziale, noto anche come Saffire. Durante tre test condotti nel 2016 e nel 2017, navi mercantili senza equipaggio della ISS alla fine delle loro missioni sono state trasformate in laboratori antincendio orbitanti, completo di sonde, sensori, fotocamere e altri dispositivi sofisticati. Le squadre di terra hanno acceso a distanza i campioni di carburante Saffire, monitorato l'andamento del test, e raccolto i dati sugli incendi prodotti. Ogni esperimento si concludeva opportunamente con il veicolo che bruciava nell'atmosfera terrestre.

Altre tre ustioni Saffire sono previste per il 2019 e il 2020, che includerà anche misurazioni delle particelle di fumo. Come con SAME, Cleary del NIST calibra tutti gli strumenti di particelle di fumo utilizzati nel programma.