1、載人航天領(lǐng)域的防火安全載人航天領(lǐng)域的防火安全I(xiàn)nstitute for Thermal Power Engineering Zhejiang University1. 安全防火必要性安全防火必要性 安全防火是載人航天必須妥善解決的最重要問(wèn)題之一，它可能影響飛行任務(wù)的成敗和威脅航天員的身體健康和生命安全。氧氣氧氣可燃物可燃物著火源著火源2. 航天器著火事故回顧航天器著火事故回顧*1962年在布魯克斯空軍基地，二人空間艙進(jìn)行地面試驗(yàn)，艙內(nèi)是35kPa純氧環(huán)境，有兩名受試驗(yàn)者，因未知的電異?，F(xiàn)象引起聚氯乙烯絕緣材料著火。*1962年在賓夕法尼亞飛行乘員試驗(yàn)室進(jìn)行載人艙地面模擬試驗(yàn)。艙內(nèi)是35kPa純

2、氧環(huán)境，有四名受試者。因艙內(nèi)極熱弧光使電線絕緣材料被點(diǎn)燃。*1967年1月27日在佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心，阿波羅載人飛船4號(hào)在發(fā)射臺(tái)進(jìn)行演練。艙內(nèi)為110kPa純氧環(huán)境,有三名宇航員。因電線短路/異常引起著火，導(dǎo)致三名宇航員死亡事故的發(fā)生。3. 案例：案例：俄羅斯和平軌道站俄羅斯和平軌道站1997年年2月起火事件月起火事件一名航天員啟動(dòng)了固體燃料氧氣發(fā)生器以增加艙內(nèi)的氧氣濃度。該氧氣發(fā)生器剛啟動(dòng)后，裝置氧氣發(fā)生器的容器發(fā)生破裂并引起了失控的著火，夾雜著融化金屬和火花的火焰直接噴射向和平號(hào)軌道空間站上的壁面，噴射火焰達(dá)0.5m，火焰撞擊了周?chē)牟牧弦鹈盁?。這些煙霧通過(guò)艙內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)迅速地蔓延

3、，并充滿整個(gè)和平號(hào)軌道艙內(nèi)。艙內(nèi)的能見(jiàn)度急劇下降到了小于1m，一直持續(xù)了20分鐘。此間由于呼吸困難，最初的兩分鐘內(nèi)航天員被迫戴上帶有儲(chǔ)存壓縮空氣的防護(hù)面罩。航天員最擔(dān)心的是艙壁被熔穿。3. 案例：案例：俄羅斯和平軌道站俄羅斯和平軌道站1997年年2月起火事件月起火事件一位航天員首先進(jìn)行滅火，并試圖用濕毛巾蓋住周?chē)扇疾牧希渌教靻T使用了兩個(gè)泡沫噴射滅火器直接噴向火焰和周?chē)牟牧弦苑乐够鹧媛印Ｆ溆嗟娜齻€(gè)滅火器也部分的投入使用。航天員還使用了噴水滅火器，但是效果極其微弱，幸運(yùn)的是氧氣發(fā)生器容器破裂后噴射出來(lái)的火焰并未朝向艙壁面，而是朝向偏離的方向。也許是滅火劑的效果，或許是燃料燃盡，最后火熄滅

4、了。在火熄滅后75-165分鐘后，航天員摘下了防護(hù)面罩，而是換上了類(lèi)似醫(yī)院使用的面罩，一直持續(xù)好幾天。a.與整個(gè)系統(tǒng)的防火安全有關(guān)的微重力燃燒領(lǐng)域。b.與發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、正常工作有關(guān)的微重力燃燒領(lǐng)域。c.與空間應(yīng)用(如焊接、材料加工)有關(guān)的微重力燃燒領(lǐng)域。4.載人航天中的微重力燃燒問(wèn)題范疇載人航天中的微重力燃燒問(wèn)題范疇5. 載人航天中的防火安全載人航天中的防火安全防火原則防火原則在綜合考慮載人航天器使命及當(dāng)代技術(shù)水平，經(jīng)濟(jì)能力的基礎(chǔ)上，在不危及載人航天器總?cè)蝿?wù)和不危及航天員身體健康、生命安全的前提下，控制著火因素，盡量減小失火的可能性；一旦失火，能盡早發(fā)現(xiàn)、報(bào)警，并撲滅它，把損失限制在最低程度。萬(wàn)

5、一失火失的處理原則是，首先保障航天員的生命安全和身體健康，組織航天員撤離危險(xiǎn)區(qū)，其次是盡力控制火勢(shì)并撲滅，最后是保護(hù)好航天器內(nèi)的各種設(shè)施。5. 載人航天中的防火安全載人航天中的防火安全5.1 材料的選擇（以阿波羅防火計(jì)劃為例）材料的選擇（以阿波羅防火計(jì)劃為例）5.1.1 較少使用可燃材料（剔除材料中的潛在燃料，其評(píng)價(jià)依據(jù)為材料的可燃性，關(guān)鍵指標(biāo)是支持材料燃燒的極限氧氣濃度和極限氣流速度）a ) 防火聚合材料和復(fù)合材料: 聚酸亞胺/ 玻璃纖維復(fù)合材料；聚喹喔琳/ 玻璃纖維材料；防火碳氟化合物高彈體聚合材料, 氟硅氧烷彈膠材料等。b) 防火絕緣材料: 有F T A 一3 外膜的阻燃聚硅氧烷材料作為

6、導(dǎo)線的絕緣材料。c）防火熱防護(hù)材料: 采用異氰尿酞氨硬泡沫、氯丁橡膠一異氰酸醋韌性泡沫等新研制的材料作為阿波羅的熱防護(hù)材料。5.1.2 座艙大氣的選用座艙大氣的選用 使用二元?dú)怏w大氣：60 %氧,40 % 氮, 其壓力近似為地表標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。5.1.3 點(diǎn)火源的控制點(diǎn)火源的控制 只有在具備一定的點(diǎn)火能量的條件下才能引起燃燒。載人航天器上的火源可以是電系統(tǒng)故障、摩擦引起的機(jī)械系統(tǒng)過(guò)熱、輻射熱、粒子碰撞、化學(xué)反應(yīng)等等所造成的。5. 載人航天中的防火安全載人航天中的防火安全5.2 著火的探測(cè)、報(bào)警與滅火著火的探測(cè)、報(bào)警與滅火精確的探測(cè)、快速報(bào)警、有效的滅火5.2.1 探測(cè)器探測(cè)器5. 載人航天中的防火

7、安全載人航天中的防火安全 使用各類(lèi)傳感器件來(lái)測(cè)定溫度、壓力、輻射、粒子濃度、化學(xué)成份等的變化或它們的組合變化。探測(cè)器的類(lèi)型：探測(cè)器的類(lèi)型：a）溫度探測(cè)器：當(dāng)溫度達(dá)到某一預(yù)定值或溫度的變化速率超過(guò)某一特定值時(shí), 探測(cè)器就產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。b ) 煙霧探測(cè)器: 著火時(shí)煙霧中懸浮的粒子濃度變化, 利用所產(chǎn)生的微粒效應(yīng)進(jìn)行探測(cè)。例如，離子型煙霧探測(cè)器、光電型探測(cè)器c ) 輻射探測(cè)器: 當(dāng)著火時(shí)紅外線輻射到對(duì)紅外線敏感的光電池上, 或紫外線輻射到充氣管中使氣體離子化而報(bào)警。5. 載人航天中的防火安全載人航天中的防火安全5. 載人航天中的防火安全載人航天中的防火安全5.2.2 報(bào)警器報(bào)警器 探測(cè)器探測(cè)的物理化

8、學(xué)變化超過(guò)預(yù)定值時(shí)即能觸發(fā)報(bào)警器觸點(diǎn), 用光或聲發(fā)出報(bào)警信號(hào)。5.2.3 滅火劑與器材滅火劑與器材 滅火是通過(guò)某些物理與化學(xué)的方法將火熄滅?；鹧娴南缈梢杂扇紵牟牧媳淮騺y或被移走、氧化變緩慢、反應(yīng)變冷、化學(xué)反應(yīng)停止等上述之一或多個(gè)因素組合來(lái)達(dá)到。5. 載人航天中的防火安全載人航天中的防火安全5. 載人航天中的防火安全載人航天中的防火安全美國(guó)早期的載人航天器上是使用飲用水來(lái)滅火。Apollo載人航天器上采用了專(zhuān)門(mén)的手提式泡沫滅火器，滅火器中裝有水和纖維凝膠。載人航天器上同時(shí)還配備了固定式和移動(dòng)式的鹵化烴(Halon)滅火器?，F(xiàn) 在 廣 泛 使 用 的 滅 火 劑 是Halon1301(CF3Br)，這種滅火劑能產(chǎn)生Br與火焰中的OH離子起反應(yīng)而終止燃燒。 近代的載人航天器都配置有性能先進(jìn)、工作可靠的失火監(jiān)控，滅火撲救及善后回復(fù)系統(tǒng)。1. 采用火焰?zhèn)鞑ニ俣群苈牟牧希?. 在可燃材料