Lo que había sido una misión pacífica y productiva para los seis hombres a bordo de la estación espacial rusa Mir, incluido el astronauta estadounidense Jerry Linenger, casi se convirtió en una pesadilla trágica durante la noche del 24 de febrero, 1997. Un bote de perclorato de litio, diseñado para generar oxígeno a través de una reacción química, de repente estalló en llamas cuando se activó. Aunque el fuego se apagó rápidamente, una densa, El humo que amenazaba la vida —diferente en forma y movimiento de su homólogo de la Tierra ligado a la gravedad— llenó rápidamente la estación. Estar confinado en un área limitada a 360 kilómetros (224 millas) por encima de la brigada de bomberos más cercana hizo que la situación fuera aún más precaria. "No puedes simplemente abrir una ventana para ventilar la habitación, ", comentó el cosmonauta Aleksandr Lazutkin en un informe de la NASA sobre el incidente.

Afortunadamente, El pensamiento lógico y la acción rápida de la tripulación Mir limitaron el impacto del fuego y evitaron que ocurrieran lesiones o complicaciones relacionadas con el humo. Pero las lecciones aprendidas ese día no han sido olvidadas por la NASA. Trabajando con el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) desde 2002, la agencia espacial ha estado estudiando intensamente el comportamiento del humo en microgravedad como base para un desarrollo rápido, métodos sensibles y fiables para detectarlo durante los vuelos espaciales. En un nuevo documento en Diario de seguridad contra incendios ( FSJ ), un equipo de investigadores de la NASA y el NIST describe cómo observaron las partículas de humo producidas por cinco materiales comúnmente utilizados a bordo de naves espaciales tripuladas, definió sus características y evaluó qué tan bien podían ser detectadas por dos sistemas tradicionales.

Debido a que no todas las partículas se detectaron de manera consistente, los investigadores recomiendan que "la próxima generación de detectores de incendios de naves espaciales debe mejorarse y probarse contra el humo de los materiales espaciales relevantes".

Detectar un incendio en el espacio requiere un proceso muy diferente al de la Tierra. Aquí, la flotabilidad, que depende de la gravedad, hace que los gases calientes se eleven y hace que una llama se extienda en una forma larga y puntiaguda. Las partículas de humo también se elevan, por eso colocamos detectores en el techo. En microgravedad, no hay flotabilidad, por lo que las llamas tienen forma esférica y el humo a menudo se agrega en partículas grandes o cadenas largas que se extienden en todas direcciones. Por lo tanto, Los detectores de humo en la Estación Espacial Internacional (ISS) y otras naves espaciales modernas se colocan dentro del sistema de ventilación en lugar de en una pared del compartimiento (no hay "arriba y abajo" en una nave espacial para definir un techo de todos modos).

Adicionalmente, los materiales a bordo de una nave espacial que podrían convertirse en combustible para un incendio no son los mismos que los combustibles potenciales en entornos terrestres. Esto significa que el humo generado por un incendio en microgravedad también puede tener diferentes propiedades según la fuente, y esas características deben tenerse en cuenta al diseñar detectores de humo eficaces para vehículos tripulados.

Definir científicamente las características y el comportamiento de las partículas de humo en el espacio, La NASA y el NIST llevaron a cabo el Experimento de medición de humo y aerosoles (SAME) a ​​bordo de la ISS. Los hallazgos de este estudio a largo plazo se discuten en el nuevo FSJ papel.

SAME investigó las partículas de humo producidas por cinco materiales que se encuentran comúnmente a bordo de las naves espaciales:celulosa, en forma de mecha de lámpara de algodón; Kapton, un polímero utilizado para aislamiento térmico; goma de silicona, utilizado en sellos y juntas; Teflón utilizado en cables aislantes; y Pyrell, una espuma de poliuretano que se utiliza para empacar artículos para sobrevivir a las fuerzas de lanzamiento y reentrada.

Las muestras, envuelto en filamentos de alambre, fueron cargados por un astronauta de la ISS en un carrusel giratorio encerrado dentro de una de las cajas de guantes de la estación. Luego, un programa de software aplicaría corriente eléctrica a los cables para calentar los materiales y producir humo. Luego, el humo se "envejeció" en una cámara para simular el tiempo que tardaría en acumularse en un escenario de incendio real. En cada una de las MISMAS carreras, el humo envejecido se dirigió a seis dispositivos:un recolector de muestras (para análisis microscópico electrónico en la Tierra que definió la morfología de las partículas de humo), un contador de partículas, un detector de humo comercial y un monitor de masas que se utilizan para medir el tamaño de las partículas, y dos detectores de humo de naves espaciales diferentes, el modelo de ionización utilizado durante el programa del transbordador espacial y el sistema fotoeléctrico ahora a bordo de la ISS.

"Controlando y cambiando tres factores:la velocidad de calentamiento de la muestra, el flujo de aire que pasa alrededor del material calentado y la edad del humo generado, obtuvimos datos valiosos sobre el humo de una variedad de posibles condiciones de incendio, "dijo Tom Cleary, un autor en el FSJ papel y el ingeniero del NIST que calibró el equipo utilizado en SAME.

La evaluación del rendimiento del detector de humo ISS actual arrojó un hallazgo algo inquietante.

"Las grandes partículas de humo producidas por el sobrecalentamiento de la celulosa, Las muestras de silicona y Pyrell fueron recogidas fácilmente por el detector ISS fotoeléctrico de dispersión de luz, "dijo Marit Meyer, un ingeniero aeroespacial de investigación en el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio, y autor principal del FSJ papel. "Sin embargo, con frecuencia no detectaba las partículas de humo más pequeñas de teflón y kapton, una gran preocupación porque ambos materiales se utilizan ampliamente en la electrónica, que es la fuente más probable de fuego y humo en el espacio ".

Meyer agregó que al detector de ionización más antiguo de la era del transbordador espacial le fue solo un poco mejor para el humo de teflón.

"Teniendo en cuenta la amplia gama de materiales y condiciones de calentamiento posibles en el incendio de una nave espacial, así como las complicaciones de los aerosoles de fondo en el entorno de la cabina, como el polvo, Llegamos a la conclusión de que ningún método de detección de humo disponible en la actualidad es lo suficientemente sensible para detectar todos los tamaños posibles de partículas de humo. ", dijo." Se necesita más investigación para comprender mejor cómo se comportan los incendios en microgravedad, y a la vez, cuál es la mejor forma de detectarlos lo antes posible mediante el tipo de humo que generen ".

Ayudar a proporcionar ese conocimiento es el objetivo del estudio de incendios de la NASA de siguiente nivel, el experimento de fuego de la nave espacial, también conocido como Saffire. Durante tres pruebas realizadas en 2016 y 2017, Los buques de carga no tripulados de la EEI al final de sus misiones se convirtieron en laboratorios de incendios en órbita, completo con sondas, sensores, cámaras y otros dispositivos sofisticados. Los equipos de tierra encendieron de forma remota las muestras de combustible Saffire, supervisó el progreso de la prueba, y recopiló los datos de incendios producidos. Cada experimento terminó apropiadamente con el vehículo ardiendo en la atmósfera de la Tierra.

Tres quemaduras más de Saffire están programadas para 2019 y 2020, que también incluirá mediciones de partículas de humo. Al igual que con SAME, Cleary de NIST calibra todos los instrumentos de partículas de humo utilizados en el programa.