Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации

Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано при обеспечении пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках (далее - обитаемые гермоотсеки или ОбГО) долговременных орбитальных станций (далее - ДОС) и межпланетных кораблей (далее - МК), предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках.

Космические летательные аппараты (далее - КЛА) различного типа и назначения относятся к критически важным объектам (Федеральный закон Российской Федерации №123-ФЗ от 22.07.2008 г. «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». / В редакциях ФЗ от 10.07.2012 №117-ФЗ и от 02.07.2013 №185-ФЗ/ ). Нарушение функционирования хотя бы отдельных КЛА или орбитальных стартовых платформ, может наносить ущерб национальным интересам страны в политической, экономической, социальной, военной и других областях.

Одно из новых и весьма актуальных направлений развития пилотируемой космонавтики является планируемое создание больших обитаемых станций - космических заводов - лабораторий и размещение их в связи с рядом важных особенностей данных областей космических пространств в точках Лагранжа различных космических систем (планетных и звездных), таких как: «Солнце или другая звезда - ее планеты», «планеты Солнца или другой звезды - их спутники», например, система «Земля-Луна» и др. (URL:http://grammota.com/interests/stars/chto-takoe-tochki-lagranzha. Дата обращения: 06.01.2014).

По сообщению от 27.02.2012 г. национальное управление США-NASA, выпустило меморандум, в котором говорится о предстоящей разработке проекта и реализации пилотируемых полетов к двум точкам Лагранжа космической системы «Земля-Луна». NASA считает, что освоение точек Лагранжа космической системы «Земля-Луна» выведет национальное управление NASA из застоя (URL:http://ligaspace.myl.ru/news/2012-02-27-365. Дата обращения в интернет 07.01.2014) и явится для США перспективой для расширения исследований и работ в космической области.

Работы в данном направлении ведутся сейчас в России. Д.О. Рогозин сообщил, что Россия в целом определилась с концептуальной основой изучения и освоения внеземного пространства. В ряде важнейших стратегических задач стоят: «...освоение с последующей колонизацией Луны и окололунного пространства; подготовка и начало освоения Марса и других объектов Солнечной системы» (Дмитрий Рогозин: в статье «Россия без космоса не может исполнить свои мечты». «Российская газета» №6355 от 11.04.2014 г.). Исходя из положений космической науки, представляется очевидным, что для выполнения указанных стратегических задач требуется освоение точек Лагранжа космических систем «Земля-Луна», «Солнце - Земля», «Солнце - другие планеты Солнечной системы», строительство многофункциональных долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, в том числе, в качестве орбитальных стартовых платформ для межпланетных кораблей.

В многолетней деятельности российских ученых, на основе результатов фундаментальных научных исследований процессов воспламенения, горения и тушения загораний в обитаемых гермоотсеках КЛА в условиях космических полетов, заложены положения по обеспечению пожарной безопасности ОбГО ДОС и МК, соответствующие требованиям российского законодательства. По требованию статьи 5 Федерального закона Российской Федерации №123-ФЗ от 22.07.2008 система обеспечения пожарной безопасности любого объекта должна включает в себя систему предотвращения возникновения пожара, систему противопожарной защиты (систему активной ликвидации пожара и его последствий), комплекс организационно-технических мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

Требования к ограничению массы оборудования для ОбГО модулей КЛА и КЛА в целом, жесткие требования к соблюдению экологии, высокой надежности, эффективности, компактности оборудования для ОбГО модулей разных КЛА не позволили решить проблему обеспечения пожарной безопасности ОбГО КЛА традиционными противопожарными средствами и приемами, используемыми в наземных условиях.

Для решения указанной проблемы применительно к ОбГО модулей КЛА теоретически и экспериментально на наземных экспериментальных установках (ЭУ) и на российской ДОС «Мир» в ЭУ «Скорость», которая использовалась в орбитальном полете, изучались процессы воспламенения, горения и тушения загораний в условиях обитаемых гермоотсеков КЛА с целью формирования и развивития технологий обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК, в том числе ДОС и МК, предназначенных для полетов в точки Лагранжа и эксплуатации данных КЛА в этих точках. На станции «Мир» в ЭУ «Скорость» было проведено три серии экспериментов. Основной научной целью экспериментов являлось подтверждение принципиального положения, обнаруженного в результате теоретических и экспериментальных исследований в наземных условиях, о невозможности диффузионного горения КНМ в невесомости при покоящейся газовой среде. Результаты исследований представлены в работах («Предварительные результаты третьей серии экспериментов по исследованию горения неметаллических материалов в ЭУ «Скорость» на борту орбитальной станции «Мир»». / Иванов А.В., Алымов В.Ф., Мелихов А.С. и др. // «Proceedings of the Fifth International Microgravity Combustion Workshop». Cleveland, Ohio. May 18-20 1999; Болодьян И.А., Иванов A.B., Мелихов А.С. / «Горение твердых неметаллических материалов в условиях микрогравитации». // «Материалы 5-го симпозиума «Азия - Океания» по науке и технике пожара», г. Ньюкасл, Австралия, 3-6 декабря 2001. - С. 195-204; «О предельных режимах горения полимеров в отсутствии естественной конвекции». / Мелихов А.С, Потякин В.И., и др. // В журнале «Физика горения и взрыва», 1983, №4. - С. 27-30»; Болодьян И.А., Жевлаков А.Ф., Мелихов А.С. / «О расчете предельных условий горения полимерных материалов». // В сб. трудов «Пожарная профилактика». / - М.: ВНИИПО МВД СССР. 1977. - Вып. 13. - С. 81-88; Мелихов А.С, Иванов А.В., Ребров С.Г. / «Роль излучения тепла из диффузионного пламени частицами сажи в процессе потухания пожара в условиях невесомости». // «Актуальные проблемы пожарной безопасности: Тезисы докладов XXI Международной научно-практической конференции». - ч. 1. - М.: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 19-20.05.2009 г. - С. 22-27; «Результаты экспериментального исследования горения материалов в космосе». / Иванов А.В., Балашов Е.В., Андреева Т.В., Мелихов А.С. и др. // National Aeronautics and Space Administration. Glenn Research Center. NASA/CR-1999-209405. November 1999. - 54 с. и др.). В литературе, наряду с термином «невесомость», применяют термин «микрогравитация», т.е. гравитационное состояние с ускорением силы тяжести равном ≤2·10^-4 см/с². Учитывая традиции (Космонавтика: энциклопедия. / под ред. В.П. Глушко. // - М:. «Советская энциклопедия», 1985. - 527 с.), в российских документах пользуются термином «невесомость».

Данные, полученные на станции «Мир», являются в настоящее время единственными, полученными с помощью строго обоснованной методики, позволяющими с высокой надежностью решать вопросы обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей КЛА, предназначенных для полетов в точки Лагранжа и эксплуатации КЛА в этих точках. Указанные процессы изучались на ЭУ «Скорость» при горении элементов из КНМ существенно различного вида, состава и назначения при различных концентрациях кислорода в рабочей атмосфере и точно известных скоростях потока атмосферы, то есть с учетом факторов космического полета, наиболее полно и объективно определяющих пожарную опасность в обитаемых гермоотсеках КЛА.

Наиболее характерные признаки протекания процессов развивающегося горения и самопотухания загораний элементов из конструкционных неметаллических материалов (далее - КНМ или материалы) в невесомости при применении соответствующих противопожарных приемов и средств, которые легли в основу разработанной инновационной технологии обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК, иллюстрируются на фиг. 1-4. Кадры на фиг.3, 4 взяты из видеозаписей 1-й серии экспериментов, доставленных с ДОС «Мир».

Учитывая ожидаемые важные результаты научно-исследовательских и промышленных работ на крупных орбитальных станциях в зоне точек Лагранжа, далее рассмотрены условия в точках Лагранжа, поведение тел в этих точках и пожароопасные факторы, проявляющиеся в ОбГО ДОС и МК, находящихся в точках Лагранжа.

Точки Лагранжа, или точки либрации (от латинского слова «раскачивание») с международным обозначением «L» - это точки в системе из двух массивных тел, в которой находится (попало из космоса, сойдя со своей орбиты, или размещено человеком) третье тело, имеющее по сравнению с двумя массивными телами пренебрежимо малую массу, и на которое не действуют никакие другие силы, кроме гравитационных сил со стороны указанных двух массивных и других тел данной космической системы. Третье тело может оставаться неподвижным относительно двух массивных тел во вращающейся системе отсчета, поскольку тела в точке Лагранжа между массивными телами уравновешены притяжением обоих массивных тел.

Важным для практики эксплуатации и длительного нахождения ДОС и МК в зонах точек Лагранжа, является обстоятельство, благодаря которому для устойчивого нахождения станций на орбитах в зонах точек Лагранжа не требуется большого расхода энергии (топлива, электрической энергии, преобразование которой обеспечивает работу реактивных установок и т.д.). Это явление представляет своеобразное свойство точек Лагранжа и касается космических станций любого размера, который может быть достигнут с помощью освоенной в данный период технологии создания КЛА ДОС и МК. Таким образом, точка Лагранжа является идеальным местом для длительного пребывания объектов, которые по ряду специфических требований, связанных, например, с наблюдательными, оборонными и другими функциями, должны крайне ограниченно подвергаться сильным гравитационным возмущениям и проявлять себя внешними электромагнитными признаками.

В пространстве любой космической системы существуют, как правило, пять точек Лагранжа, обозначаемых буквой «L» с числовым индексом от 1 до 5. Расположение точек Лагранжа, например, в системе «Солнце-Земля» с массами, обозначениями условно как M1 (Солнце) и М2 (Земля), показано на фиг. 5. Все точки Лагранжа лежат в плоскости орбит двух массивных тел (URL:http://grammota.com/interests/stars/chto-takoe-tochki-lagranzha. Дата обращения в интернет от 02.08.2014).

Первые три точки расположены на линии АБ, проходящей через центры обеих массивных тел. Эти точки Лагранжа называются коллинеарными и обозначаются как: L1, L2 и L3. Тела, помещенные в коллинеарные точки Лагранжа, находятся в неустойчивом равновесии - в случае внешнего воздействия на тела, они стремятся уйти от точки Лагранжа. Если объект (к примеру, ДОС), находящийся в точке L1, несколько смещается вдоль прямой АБ, например, вследствие гравитационного воздействия со стороны планеты или ее спутника, сила, притягивающая его к тому телу, к которому оно приближается, увеличивается, а сила притяжения со стороны другого тела - уменьшается. В результате ДОС будет все больше удаляться от положения равновесия. Для его возврата в точку L1 и вынужденного снижения ускорение силы тяжести в ОбГО ДОС потребуется торможение ДОС с помощью реактивных сил. Чем раньше начнется торможение, тем меньше энергии потребуется для возврата ДОС в точку L1 и снижения ускорение силы тяжести в ОбГО до заданного уровня.

Во вращающейся системе координат существуют стабильные замкнутые орбиты вокруг коллинеарных точек Лагранжа, по которым может двигаться ДОС и МК. Если на движение космического аппарата в точках Лагранжа влияют и другие тела, например, тела Солнечной системы, космический аппарат будет двигаться по квазипериодическим орбитам, имеющим форму фигур Лиссажу (см. фиг. 6), которые являются замкнутыми траекториями при совершении телом одновременно двух гармонических колебаний в двух взаимно перпендикулярных направлениях (URL:http://www.fxyz.ru формулы_по физике_ / колебания_ и _волны /сложение_колебаний /разных_направлений / фигуры_лиссажу/. Дата обращения в интернет от 04.08.2014). В случае одинаковых частот двух колебаний получаются эллипсы 22, 23, 24 с различным эксцентриситетом (включая прямую 22 и окружность 23). При неодинаковых частотах тело (ДОС) будет двигаться по более сложным фигурам Лиссажу, показанным на фиг. 6 под номерами 25-27.

Еще две точки Лагранжа (L4 и L5) расположены в вершинах равносторонних треугольников с основанием, совпадающим с отрезком, соединяющим два массивных тела (см. фиг. 5). По законам небесной механики окрестности точек Лагранжа L4 и L5 являются областями устойчивого равновесия. Если масса одного из этих тел много меньше массы другого, то точки L4 и L5 располагаются на орбите менее массивного тела, на 60° впереди и позади него. Эти точки называют троянскими. В отличие от точек Лагранжа L1, L2 и L3, в троянских точках обеспечивается устойчивое равновесие, если М1/М2>24,96. Это справедливо, например, для системы «Солнце-Земля», у которой М1/М2=332982. При нахождении долговременной орбитальной станции в точке L4 или L5, состояние станции будет устойчивым, она будет находиться в равновесии с космической (звездной и планетной) системой. Наличие точек L4 и L5 и высокая устойчивость тел в их окрестности объясняется следующим образом. Силы притяжения со стороны двух тел с M1 и М2 соотносятся в той же пропорции, что их массы, и таким образом результирующая сила направлена на барицентр системы, который является одновременно центром масс и центром вращения системы. Кроме того, геометрия треугольника сил подтверждает, что результирующее ускорение связано с расстоянием до барицентра с той же пропорцией, что и для двух массивных тел. Результирующая сила точно соответствует той, которая нужна для удержания малого тела в точке Лагранжа в орбитальном равновесии с остальной системой.

Подтверждением устойчивости космической системы и объектов в точках L4 и L5 служит установленное астрономами в 20-м веке скопление в окрестностях точек L4 и L5 доступных для наблюдения космических систем астероидов и облаков пыли. На фиг. 7 (URL:http://grammota.com/interests/stars/chto-takoe-tochki-lagranzha. Дата обращения в интернет от 18.08.2014) эти области скопления тел в окрестностях точек L4 и L5 выделены треугольниками на линиях сечения эквипотенциальных поверхностей векторного гравитационного поля вокруг точек L4 и L5. В работе (Протоколы Astronomica 11: 165-169. URL:http://ru.encydia.com/en / Облако_Кордылевского. Дата обращения в интернет от 04.08.2014) сообщено, что в точках L4 и L5 космической системы Земля-Луна находятся скопления межпланетной пыли - облака Кордылевского. Предполагается, что поперечник тел в облаках Кордылевского не превышает 20 м. В космической системе «Солнце - Юпитер» в окрестностях точек L4 и L5 имеются скопления более сотни троянских астероидов. Не все троянские астероиды находятся строго в точках Лагранжа-под троянскими астероидами понимаются также астероиды, совершающие колебательные движения около точек Лагранжа L4 и L5. Ученые считают, в перспективе все астероиды в важной для человечества космической системе будут сгоняться в точки Лагранжа L4 и L5 для безопасности полетов по остальному космическому пространству. Учитывая изложенное выше, точки L4 и L5 являются наиболее пригодными для создания и размещения в них укрупненных долговременных орбитальных станций. При этом, в случае не чрезмерно сильного гравитационного воздействия на космическую станцию, находящуюся в точке L4 или L5, станция отойдет от точки Лагранжа, но всегда, под действием системы гравитационных сил со стороны двух массивных тел станция возвратится в зону точки Лагранжа, и будет совершать в окрестности точки колебательное движение. При перемещении космической станции возникают силы Кориолиса, которые искривляют траекторию движения космической станции и она переходит к движению по устойчивой орбите вокруг точки Лагранжа. При этом в ОбГО ДОС может возникать ускорение силы тяжести.

Точка L1 Лагранжа системы Земля-Луна является идеальным местом для строительства пилотируемой орбитальной космической станции, которая может позволить:

- долететь до Луны с минимальными затратами топлива;

- стать перевалочным пунктом для полетов к Марсу и к его спутникам; -выполнять роль спасательной базы в случае аварий на трассе между Землей и Луной.

NASA США имеет планы в отношении точки Лагранжа L2, считая освоение ее «ключевой возможностью» для США в освоении космоса на ближайшую перспективу. Точка L2 системы «Земля-Луна» обладает особыми условиями для исследований Луны с помощью размещенных в точке L2 ДОС. Отсюда можно высокоэффективно управлять луноходами, исследующими обратную сторону спутника Земли. Точка L2 в космической системе Земля-Луна является удобным местом для хранения запасов компонентов ракетного топлива и грузов для создания заправочных станций и транзитным местом обеспечения грузопотока между Землей и Луной.

Результаты выполненного анализа указали на положительную перспективу эксплуатации крупных орбитальных станций в зоне точек Лагранжа. В то же время выявлен ряд специфических факторов, влияние которых повышает пожарную опасность в ОбГО ДОС и МК, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, по сравнению с ОбГО КЛА, эксплуатируемых на околоземных орбитах.

Считается (Космонавтика: энциклопедия. / Под ред. В.П. Глушко // - М:. «Советская энциклопедия», 1985. - 527 с. и др.), что наиболее обширный и продуктивный научно-практический выход имеют результаты космических исследований и работ, получаемые непосредственно космонавтами в КЛА, в его окрестностях на орбитах, при работе космонавтов их на других небесных телах. Однако, такие работы связаны с пребыванием космонавтов в ОбГО КЛА и вне его - в условиях действия на космонавтов опасных факторов космического полета и космоса при выходе из КЛА. Имевшие место ранее пожароопасные ситуации в ОбГО при подготовке КЛА к полетам и при их полетах: корабли «Аполлон», ДОС «Мир», российский сегмент Международной космической станции (PC МКС) и другие КЛА, поставили пожарную опасность в ОбГО КЛА в число основных опасных факторов космического полета («Безопасность космических полетов». / Береговой Г.Т., Тищенко А.А., Шибанов Г.П., Ярополов В.И. // - М.: «Машиностроение», 1977. - 263 с.; Накакуки А. / «Пожары и противопожарные мероприятия в камерах высокого давления и концентрации кислорода». // В журнале «Андзен Когаку». 1972, т. 2, №5. - С. 98-105. Перевод с японского №Ц 21297. - 27 с.).

Концентрация кислорода (C_ox.m) в рабочей атмосфере ОбГО ДОС и транспортных пилотируемых кораблей (ТПК) и ДОС может достигать значения, равного 25-40% (Здесь и далее: проценты газовых и паровых компонентов в рабочей атмосфере ОбГО - объемные.) (Справочник пользователя. «Российский сегмент МКС». ОАО РКК «Энергия» им. СП. Королева). Данный фактор значительно повышает пожарную опасность в ОбГО ДОС и МК. Большинство материалов и веществ, которые в нормальной воздушной атмосфере являются негорючими, при указанных концентрациях кислорода в атмосфере становятся интенсивно горящими. При этом повышается скорость развития загораний, увеличивается время тушения загораний. В этой связи все технические решения по обеспечению пожарной безопасности в ОбГО ДОС и МК, касающиеся предотвращения возникновения загораний и их тушения, должны приниматься к практическому применению на основе Заключений о принятых мерах по учету влияния на обеспечение пожарной безопасности с помощью примененных технических решений концентрации кислорода, которая будет иметь место в атмосфере ОбГО ДОС и МК, предназначенных, например, для эксплуатациии в точках Лагранжа.

В современных КЛА насыщенность объема ОбГО КНМ достигает 6-7 кг на 1 метр кубический объема ОбГО. Использование большого количества КНМ в ОбГО ДОС и МК является неизбежным в связи с необходимостью снижения массы оборудования ОбГО ДОС и МК и самих ДОС и МК. Масса материалов, способных к горению при концентрации кислорода в атмосфере ОбГО модулей КЛА, равной 25-40%, составляет 5-5,5 кг/м³. Это связано с тем, что большинство материалов с необходимыми для сооздания ОбГО КЛА физико-механическими, физико-химическими, электротехническими, экологическими и другими практически важными для допуска их к применению в ОбГО модулей КЛА свойствами, в обогащенной кислородом атмосфере являются в настоящее время горючими. Высокая насыщенность ОбГО материалами, горючими в обогащенной кислородом атмосфере, является причиной для быстрого подъема уровня опасных факторов пожара при загорании в ОбГО. Основным опасным фактором при пожаре в обитаемых гермоотсеках КЛА (Попов A.M., Николаев В.М., Мелихов А.С., Болодьян И.А. / «Расчетно-экспериментальное исследование горения полимерных материалов в замкнутых объемах при повышенной концентрации кислорода». // В сб. трудов «Вопросы горения и тушения полимерных материалов в обогащенных кислородом средах». - М.: ВНИИПО МВД СССР. Вып. 2. 1977. - С. 31-38), является повышение температуры атмосферы в ОбГО. От данного опасного фактора не защищены космонавты и оборудование ОбГО, от нормальной работы которой зависит живучесть космонавтов в ОбГО и ДОС в целом (От действия токсичных продуктов горения на космонавтов предназначено использование индивидуальных средств защиты органов дыхания и зрения. Сейчас применяют изолирующие противогазы космические типа ИПК - 1М). Предельно допустимый уровень температуры атмосферы (T_lim) для космонавтов и оборудования ОбГО определен специалистами («Безопасность космических полетов». / Береговой Г.Т., Тищенко А.А., Шибанов Г.П., Ярополов В.И. // - М.: «Машиностроение», 1977. - 263 с.), равным 70°С.

Данное положениие требует оснащенения ОбГО КЛА ДОС и МК автоматическими системами обеспечения пожарной безопасности (automatic system of fire safety - ASFS), базирующимися на технологии, реализующейся с помощью высонадежных, эффективных, экономичных и компактных технических решениях, не нарушающих экологию в ОбГО КЛА. Данное средство может быть разработано на основе результатов исследований процессов воспламенения, горения, тления материалов и тушения их загораний в условиях обитаемых гермоотсеков КЛА в космическом полете, представленных в публикациях, приведенных в подразделе 1.7 и в разделе 5.

В табл. 1 представлен перечень КНМ с показателями их горючести в условиях космического полета ДОС или МК, приведенными в зависимости от концентрации кислорода в атмосфере ОбГО ДОС и МК. Данный перечень КНМ сформирован как пример для демонстрации на основе анализа перечней материалов, применяемых в ОбГО реальных модулей ДОС. Число элементов конструкций из КНМ в модулях реальных ДОС достигает 300-350 наименований.

Таблица 1. Перечень неметаллических конструкционных материалов (КНМ) с показателями горючести для условий орбитального полета КЛА в зависимости от концентрации кислорода в атмосфере ОбГО КЛА.

В данной части 1 табл.1 приведен перечень КНМ и значения пределов горения КНМ по концентрации кислорода в атмосфере - C_lim, %. Далее следует продолжение табл. 1 - слева - направо.

Продолжение таблицы 1. В данной части 2 табл. 1 приведены значения: V_lim.i - предельные для воспламенения материалов скорости потока в невесомости; V_lim - предельные для горения материалов скорости потока в невесомости. *)

Продолжение таблицы 1. В данной части 3 табл. 1 приведены значения: C_lim.i - определьные для воспламенения материалов значения ускорения силы тяжести; g_lim - предельные для горения материалов значения ускорения силы тяжести. *)

Перечень в табл. 1 отражает типичное соотношение между количествами горючих и негорючих КНМ в реальных ОбГО ДОС и, соответственно, положение в возможности подбора материалов, негорючих в реальной атмосфере ОбГО КЛА. Например, при концентрации кислорода в атмосфере ОбГО ДОС, равной 30%, доля горючих материалов в общем количестве КНМ со значением показателя C_lim, меньшим 30%, то есть доля количества КНМ, для которых при C_ox.m=30% не выполняется условие пожаробезопасности №1¹ - C_lim≥K_sl·C_ox.m (Комплекс условий пожаробезопасности, при выполнении которых обеспечивается пожарная безопасность элементов из КНМ, применяемых в ОбГО, и ОбГО ДОС и МК в целом), где C_lim - предел горения КНМ по концентрации кислорода, %, составляет 76,5%. Негорючими при C_ox.m=30% в перечне табл.1 являются КНМ по пп. 13-15, 17, то есть 23,5% от общего количества КНМ, приведенных в табл.1. Негорючими при C_ox.m=40% в перечне в табл. 1 являются КНМ пп. 14, 15, 17. Высокие значения показателя C_lim имеют фторопласты, полиимидные материалы и материалы на их основе. Показатели пожарной опасности материалов, примененных в конструкциях ОбГО каждого конкретного модуля (по примеру табл. 1), определенные в диапазоне концентраций кислорода, которые по плану будут иметь место в атмосфере ОбГО каждого конкретного модуля ДОС и МК, при подготовке системы ASFS к работе вводятся в постоянную память компьютера системы ASFS.

Вентилирование внутри ОбГО модулей ДОС «Салют», «Мир» и PC МКС, осуществлялось и осуществляется при скорости вентиляционных потоков (V_vf) от, не менее, 10 см/с до, примерно, 40-60 см/с (Космонавтика: энциклопедия. / Под ред. В.П. Глушко. // - М:. «Советская энциклопедия», 1985. - 527 с.). Такая скорость вентиляционных потоков существенно превышает пределы горения по скорости потока - V_lim всех применяемых в ОбГО КЛА горючих КНМ (см. табл. 1). Поэтому, согласно данным работы (Melikhov A.S., Bolodyan I.A., Potyakin V.I. et al. / «The Study Of Polymer Material Combustion In Simulated Microgravity By Physical Modeling Meth-od». // «Proceedings of the Fifth International Microgravity Combustion Workshop». Cleveland, Ohio, May 18-20, 1999) и данным работы в трех сериях по экспериментальному исследованию процесса горения КНМ, проведенной на борту ДОС «Мир» в орбитальном полете, при указанной скорости вентиляционных потоков происходит развивающееся горение КНМ в невесомости. Подтверждением этому являеются данные, приведенные на фиг. 3 и 4, полученные на борту ДОС «Мир» в орбитальном полете. Горение большинства элементов из КНМ без конструкционной (пассивной) противопожарной защиты может развиваться с той же скоростью и выгорать так же интенсивно, как при земном ускорении силы тяжести - на Земле. Учитывая приведенные данные, загорание в ОбГО можно потушить за счет снижения скорости вентиляционного потока в ОбГО ДОС и МК ниже пределов горения КНМ по скорости потока - V_lim.

ОбГО ДОС и МК в высокой степени насыщены электрооборудованием. В обогащенной кислородом атмосфере ОбГО элементы электрооборудования при отказах, даже в слаботочных цепях его составляющих, часто (примерно в 85-90% проанализированных случаев) становились источниками, приводящими к возникновению загораний, которые переходили в катастрофические пожары. К зажиганию материалов приводили: перегрев проводников при их токовой перегрузке, электрические разряды, возникшие при обрыве проводов, при разрушении элементов на печатных платах, и других элементов токонагруженных цепей (Накакуки А. / «Пожары и противопожарные мероприятия в камерах высокого давления и концентрации кислорода» // В журнале «Андзен Когаку». 1972, т. 2, №5. - С. 98-105; Sheffield P.V., Desantels D.A. Undersea And Hyperbarc Medicine. Vol. 24 (3), 1997, - pp. 153-164 и др.). Частые загорания в гермоотсеках с искусственной атмосферой происходят вследствие резкого снижения минимальной энергии зажигания КНМ и веществ при даже незначительном повышении концентрации кислорода в рабочей атмосфере гермоотсеков (Калинкин В.И., Мелихов А.С, Потякин В.И. / «О влиянии параметров электрического разряда на процесс зажигания твердых материалов» / В сб. трудов «Вопросы горения и тушения материалов в обогащенных кислородом средах». - М.: ВНИИПО. Вып. 2. 1977. - С. 39-47).

Сочетание перечисленных ранее пожароопасных факторов устройства и эксплуатации является в настоящее время практически неизбежным при создании ОбГО ДОС и МК. Такое сочетание пожароопасных факторов делает уровень риска возникновения пожара в ОбГО и быстрого его развития без применения парирующих мер в ОбГО недопустимым. Обеспечение пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК с необходимой надежностью требует проведения мер по предотвращению возникновения предпожароопасных ситуаций и по предотвращению перехода их в загорания и пожары, то есть мер по оперативному тушению загораний в ОбГО.

Эксплуатация ДОС и МК в точках Лагранжа, согласно описанию условий поведения ДОС и МК в зонах этих точек может по представленным выше причинам приводить к возникновению в ОбГО ДОС и МК ускорения силы тяжести g_sc, превышающего по величине пределы воспламенения КНМ по ускорению силы тяжести - g_lim.i и пределы горения по ускорению силы тяжести - g_lim КНМ (см. табл. 1). При этом воспламенение и горение материалов и веществ может осуществляться без воздействия на очаг горения вынужденных вентиляционных потоков, имеющих место в ОбГО, а только вследствие действия на очаг горения потоков атмосферы ОбГО, побуждаемых естественной конвекцией при указанном значении g_sc.m.. В этом случае возникновение загораний в ОбГО можно предотвратить за счет снижения ускорения силы тяжести ниже пределов воспламенения KHM- g_lim.i, а загорание КНМ можно потушить за счет снижения ускорения силы тяжести ниже пределов горения КНМ по ускорению силы тяжести - g_lim (см. табл. 1) за счет действия на ДОС и МК реактивных сил.

Обитаемые гермоотсеки укрупненных ДОС для выполнения своего назначения будут оснащены большим количеством служебного, производственного и научного оборудования со всеми перечисляемыми атрибутами пожарной опасности. Учитывая данные обстоятельства и вынужденное использование в ОбГО ДОС большого количества горючих КНМ, ОбГО должны оснащаться средствами пожаротушения. Применение огнетушащего вещества (ОТВ) в ОбГО модулей ДОС в период полета или его подготовки на старте само по себе, независимо от масштаба пожара, является аварийной ситуацией, которая может приводить к срыву программы полета или потере для эксплуатации модуля (модулей) ДОС из-за загрязнения атмосферы гермоотсеков и разрушения его оборудования. Для противопожарной защиты ОбГО объемом 100 м³ с помощью ОТВ, например, в виде шестифтористой серы необходима установка объемного пожаротушения, масса которой составит 200-250 кг. С увеличением объема ОбГО модуля и концентрации кислорода в атмосфере ОбГО масса установки значительно возрастает (Кузьменко К.П. и др. / «Тушение полимерных материалов газовыми огнетушащими веществами». // В сб. трудов «Вопросы горения и тушения полимерных материалов». - М.: 1989. - С. 74-83). Вывод таких установок на орбиту, а затем в точку Лагранжа в ОбГО каждого модуля ДОС, а также очистка атмосферы ОбГО от ОТВ при его применении являются чрезвычайно дорогостоящими мероприятиями. Они будут мешать использованию на борту технологического оборудования для получения высоко прибыльных научных данных, полученных в космосе.

Использование средств локального тушения газовыми ОТВ на борту КЛА проблематично из-за трудности доступа к оборудованию, особенно в приборных зонах ОбГО. При использовании пенных средств тушения (URL:http://www.secuteck.ru/articles 2/firesec/sistemi_i_sredstra_obesp_poj_bezop. Дата обращения в интернет от 27.10.2013), ОТВ которых являются электропроводными, возможен выход из строя электро- и электронного оборудования, ответственного за живучесть космонавтов и КЛА в целом, что уже наблюдалось на практике.

Затруднено выполнение комплекса организационно-технических мероприятий по осуществлению положений пожарной безопасности, установленных Федеральным закон Россиской Федерации №123-ФЗ от 22.07.2008 г. «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Выполнению оргтехмероприятий препятствует большие размеры укрупненных ДОС и МК, затрудняющих контролированиетехнического состояния материальной части ОбГО ДОС, а также значительная удаленность ДОС или МК, предназначенных для полетов в точки Лагранжа и эксплуатации данных КЛА в этих точках., от наземных и околоземных баз - складов. В случае необходимости своевременной замены в ОбГО ДОС состарившегося, изношенного или поврежденного при токовой перегрузке или загораниях оборудования, доставка запасного оборудования со значительно удаленных космических и/или наземных баз - складов является дорогостоящей операцией, выполнение которой может оказаться запоздавшей или, вообще, невыполнимой. Данное положениие требует оснащенения ОбГО КЛА ДОС и МК автоматическими системами обеспечения пожарной безопасности ASFS.

Учитывая представленные выше свойства ОбГО модулей ДОС и МК, характеризующие пожарную опасность в ОбГО, а именно, повышенную концентрацию кислорода в рабочей атмосфере ОбГО, использование большого количества КНМ, большую насыщенность гермоотсеков электрооборудованием, пожароопасную скорость вентиляционных потоков в ОбГО, удаленность ДОС от космических и/или наземных баз-складов, сложность эвакуации космонавтов из ДОС, невозможность оказания помощи извне при загораний в ОбГО, должны быть приняты меры по исключению условий возникновения пожара в традиционном понимании этого аварийного явления. При повышенной концентрации кислорода в атмосфере опасные факторы пожара при горении большого количества КНМ могут за короткое время разрушить сферу обитания в ОбГО и элементы систем, ответственных за живучесть ДОС или МК. Это подтверждается многочисленными случаями пожаров с человеческими жертвами и разрушением ОбГО (Накакуки А. / «Пожары и противопожарные мероприятия в камерах высокого давления и концентрации кислорода» // В журнале «Андзен Когаку». 1972, т. 2, №5. - С. 98-105. - 27 с. и др.).

После упомянутых пожаров, в развитых странах началось проведение исследований, направленных на разработку способов, средств и приемов по обеспечению пожарной безопасности ОбГО КЛА, которые должны быть принципиально более эффективными по сравнению с ранее используемыми. Действительно, к настоящему времени технология обеспечения пожарной безопасности указанных объектов, в частности в России, достигла высокого уровня по надежности, эффективности, экономичности, по не нарушению экологии в ОбГО КЛА. В результате теоретических и экспериментальных исследований процессов горения и тушения материалов, выполненных в том числе на космической станции «Мир» в орбитальном полете, российскими специалистами (Мелихов А.С., Потякин В.И. / В сб. трудов «О предельных условиях горения твердых веществ в невесомости». // «Химическая физика процессов горения и взрыва». Материалы IV Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 1980. - С. 48-51; «О предельных режимах горения полимеров в отсутствии естественной конвекции». / Мелихов А.С., Потякин В.И., Рыжов A.M., Иванов Б.А. // В журнале «Физика горения и взрыва», 1983, №4. - С. 27-30; «Предварительные результаты третьей серии экспериментов по исследованию горения неметаллических материалов в ЭУ «Скорость» на борту орбитальной станции «Мир»». / Иванов А.В., Алымов В.Ф., Мелихов А.С. и др. // «Proceedings of the Fifth International Microgravity Combustion Work-shop». Cleveland, Ohio. May 18-20 1999 и др.) выявлены ранее неизвестные закономерности протекания указанных процессов и обнаружены следующие ранее неизвестные показатели пожарной опасности материалов и веществ: C_lim, V_lim, g_lim, V_lim.i, g_lim.i, I_lim и др., использование которых позволило разработать комплекс новых технических и организационных средств и способов обеспечения пожарной безопасности в ОбГО КЛА и ввести в практику обеспечения пожарной безопасности обитаемых гермоотсеков КЛА комплекс новых условий пожаробезопасности, сформированных на основе выявленных показателей пожарной опасности, который представляет инновационную технологию обеспечения пожарной безопасности ОбГО КЛА. Данный научно-практический результат получен за счет целенаправленного выполнения работы с видением рационального, повышенной эффективности конечного результата в части обеспечения пожарной безопасности ОбГО КЛА с помощью пассивной и активной противопожарной защиты. При этом учитывались: результаты исследований процессов горения и тушения загораний в условиях орбитального полета, результаты анализа причин возникновения и характера протекания аварийных пожароопасных ситуаций, происходивших в обитае