新闻资讯

空间站是一个独立的密闭空间，结构复杂、设备繁多，一旦发生火灾，将对空间站和宇航员安全造成巨大危害。1966年，阿波罗一号火灾导致3名宇航员丧生；1986年，挑战者号航天飞机发射由于火灾发生爆炸，导致7名宇航员丧生。据NASA公布的数据，其在1981年至1994年进行的50次飞行中，就发生了5次火灾相关事故^[1]。由此可见，火灾防控对空间站安全至关重要。但是微重力条件导致火焰性状、可燃烧性、燃烧产物等一系列燃烧特征发生变化，常规火灾检测手段在空间站的有效性值得商榷。本文对微重力条件下的燃烧特点和现有火灾检测技术的空间站适用性进行了初步分析。
1.微重力燃烧特点及影响因素
空间站处于微重力环境，与正常重力环境相比，燃烧呈现出一些不同的特点，在火焰外观、可燃性、可检测性等方面具有一定变化。研究表明，燃烧性质的变化主要受重力场、压力、空气流速三方面影响^[2-3]。
表1 微重力条件下燃烧性质的变化对比

性质	与常规环境相比	主要变化
可点燃性	增强	（1）受热的压力元器件很快过热 （2）粒子外泄形成的可燃气溶胶可以持续很长时间 （3）燃烧的塑料剧烈无规的喷射出热材料
火焰外观	变化	（1）在气流静止环境下，火焰一般是对称形状并且不可见 （2）在低速流动的空气中，火焰增强并变亮冒出黑烟
持续可燃性和火焰扩散（静止条件）	降低或熄灭	火焰扩散缓慢或熄灭，由于燃烧产物的聚集
持续可燃性和火焰扩散（低速空气流动条件）	增强，在某些情况下赶上或超过正常重力水平	（1）低速流动的气体促进低重力火焰，并且扩展燃烧范围和火焰扩展速率 （2）自由传播的火焰趋向于向风的方向扩展，或向氧的方向扩展
检测信号	变化	（1）火焰一般较冷并且热辐射较弱 （2）黑烟颗粒的平均尺寸和尺寸范围较大 （3）燃烧产物的种类和数量不同

1.1 重力场
重力场对液态和气态可燃物的聚集、点燃、火焰传播和火焰熄灭过程均会起作用，其中，重力场导致燃烧持续性降低的现象最为明显。分析认为，在微重力和无对流情况下，燃烧的蔓延主要靠自然扩散作用，因此火焰一般为球形，燃烧产物会聚集在燃烧区，导致燃烧强度逐渐减弱甚至熄灭。而在有重力场情况下，表面溢出效应会导致可燃性液体和水蒸气向表面移动，并且与周围空气混合，这会导致空气产生微对流，从而起到补充氧气的作用。Spalding^[4]通过常规重力条件下的实验得到经验公式