หน่วยงานอวกาศอเมริกาเหนือวางแผนที่จะเปิดตัวอุปกรณ์ที่ไม่เคยมีมาก่อนเพื่อสร้างไฟควบคุมบนดินดวงจันทร์ในปี 2569 อุปกรณ์ดังกล่าวจะเดินทางไปยังดาวเทียมโดยมีเป้าหมายเพื่อเผาตัวอย่างเชื้อเพลิงแข็ง สภาพแวดล้อมมีแรงโน้มถ่วงต่ำกว่าโลกมาก เซ็นเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงจะบันทึกพฤติกรรมของเปลวไฟในระหว่างกระบวนการ ภารกิจนี้จะส่งมอบข้อมูลเชิงปฏิบัติชุดแรกเกี่ยวกับไดนามิกของไฟบนเทห์ฟากฟ้าอื่น
โครงการริเริ่มนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อแก้ไขปัญหาสำคัญสำหรับแหล่งที่อยู่อาศัยทางวิศวกรรมที่อยู่นอกโลก ฟิสิกส์เชิงความร้อนเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากเมื่อสัมผัสกับแรงโน้มถ่วงเพียงหนึ่งในหกของโลก การทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้จะเป็นแนวทางในการพัฒนากฎความปลอดภัยสำหรับนักบินอวกาศในโครงการอาร์เทมิส การวางแผนสิ่งอำนวยความสะดวกบนดวงจันทร์ในอนาคตโดยตรงขึ้นอยู่กับความสำเร็จของการวัดเหล่านี้
อุปกรณ์จะทำงานอย่างไรบนพื้นผิวดวงจันทร์
โครงการนี้ได้รับการตั้งชื่อทางเทคนิคเรื่องความไวไฟของวัสดุบนดวงจันทร์ ซึ่งรู้จักกันในชื่อย่อ FM2 พื้นฐานของการทดลองคือห้องเผาไหม้ที่แยกได้อย่างสมบูรณ์ ระบบจะเดินทางด้วยยานลงจอดเชิงพาณิชย์ไร้คนขับ ปฏิบัติการดังกล่าวเป็นส่วนหนึ่งของโครงการบริการขนส่งสินค้าของหน่วยงานของสหรัฐฯ รัฐบาลจ้างบริษัทเอกชนเพื่อขนส่งเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์
อุปกรณ์จะดำเนินการลำดับการจุดระเบิดโดยอัตโนมัติหลังจากสัมผัสพื้น การปิดโครงสร้างอย่างแน่นหนาช่วยป้องกันการปนเปื้อนจากสภาพแวดล้อมภายนอก การทดสอบประกอบด้วยการเผาตัวอย่างวัสดุที่แตกต่างกันสี่ตัวอย่างตามลำดับ แต่ละชิ้นมีความหนาแน่นที่แน่นอน องค์ประกอบทางเคมียังแตกต่างกันไปเพื่อขยายฐานข้อมูล
การจับข้อมูลจะเกิดขึ้นพร้อมกันผ่านชุดเครื่องมือภายใน โครงสร้างการทดลองมีอุปกรณ์ตรวจวัดดังต่อไปนี้:
- กล้องความเร็วสูงมุ่งเป้าไปที่การบันทึกภาพไฟ
- เครื่องวัดรังสีถูกปรับเพื่อคำนวณความเข้มความร้อนของการเผาไหม้
- เซ็นเซอร์มุ่งเน้นไปที่การตรวจสอบปริมาณการใช้ออกซิเจน
การประกอบทางเทคโนโลยีนี้ช่วยให้มั่นใจว่าสามารถวิเคราะห์เปลวไฟได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายนาที การจำลองที่ดำเนินการบนโลกด้วยการบินแบบพาราโบลาทำให้เกิดสภาวะไร้น้ำหนักเพียงไม่กี่วินาที การทดสอบทางจันทรคติที่ขยายออกไปแสดงถึงความก้าวหน้าทางระเบียบวิธีอันยิ่งใหญ่ นักวิจัยจะสามารถสังเกตวงจรทั้งหมดตั้งแต่จุดประกายไปจนถึงการสูญพันธุ์
พฤติกรรมของเปลวไฟภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง 16%
แรงโน้มถ่วงกำหนดวิธีที่ไฟดำรงอยู่และแพร่กระจายผ่านพื้นที่ปิด อากาศร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ลอยขึ้นสู่พื้นโลกอย่างรวดเร็วเนื่องจากการพาความร้อน การเคลื่อนไหวต่อเนื่องทำให้เกิดกระแสอากาศ การไหลนี้จะดึงออกซิเจนใหม่ไปที่ฐานของเปลวไฟ กลไกเดียวกันนี้สามารถถ่ายเทความร้อนออกไปและดับไฟกะทันหันได้
ภูมิทัศน์ทางกายภาพได้รับการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงในสภาพแวดล้อมของดวงจันทร์ แรงโน้มถ่วงในพื้นที่ 16% ทำให้ก๊าซร้อนเพิ่มขึ้นในอัตราที่ช้ามาก ปริมาณออกซิเจนที่ฐานเพลิงยังคงคงที่เป็นเวลานาน ความสม่ำเสมอนี้เปลี่ยนอายุการใช้งานของไฟโดยสิ้นเชิง
วัสดุที่ปลอดภัยบนโลกของเราสามารถสร้างความเสี่ยงมหาศาลในสภาพของดวงจันทร์ได้ พอลิเมอร์ที่จะออกไปอย่างรวดเร็วบนโลกจะมีความสามารถในการเผาไหม้ในอวกาศเป็นเวลานานหลายนาที การไม่มีการพาความร้อนที่รุนแรงทำให้เกิดพื้นที่การเผาไหม้ถาวร ความร้อนที่แผ่ออกมากระทบผนังบริเวณใกล้เคียงด้วยแรงที่มากขึ้น
การทดลองก่อนหน้าในวงโคจรโลกและโครงการแซฟไฟร์
วิศวกรการบินและอวกาศมีแค็ตตาล็อกเกี่ยวกับเหตุเพลิงไหม้ในพื้นที่แรงโน้มถ่วงต่ำอยู่แล้ว สถานีอวกาศนานาชาติเป็นเจ้าภาพการจุดระเบิดแบบควบคุมขนาดเล็กมากกว่า 1,500 ครั้งในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา บันทึกแสดงให้เห็นว่าเปลวไฟมีรูปร่างเป็นทรงกลมเมื่อไม่มีแรงโน้มถ่วงมาควบคุมก๊าซ การเผาไหม้เกิดขึ้นเท่ากันทุกด้าน
ระบบระบายอากาศเชิงกลทำหน้าที่เป็นกลไกหลักในการเกิดเพลิงไหม้ในวงโคจร การหยุดชะงักของการไหลเวียนของอากาศจะหยุดการแพร่กระจายของเปลวไฟเกือบจะในทันที การลุกติดไฟขึ้นเองอีกครั้งยังคงก่อให้เกิดอันตรายที่แท้จริงแม้ว่าจะไม่มีออกซิเจนก็ตาม ถ่านที่ยังคุอยู่จะกักเก็บความร้อนเพียงพอที่จะก่อไฟใหม่ได้หากการระบายอากาศกลับมา
โครงการ Saffire ถือเป็นอีกก้าวสำคัญในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์นี้ โครงการริเริ่มนี้ใช้เรือบรรทุกสินค้าแบบใช้แล้วทิ้งในการเผาแผ่นอะคริลิกและผ้าในขนาดที่ใหญ่ขึ้น ผลลัพธ์ที่ได้พิสูจน์ว่าไฟสามารถลุกลามไปตามการไหลของอากาศในวัสดุบางชนิดได้ แผ่นบางถูกเผาไหม้ด้วยความก้าวร้าวมากกว่าที่คอมพิวเตอร์คำนวณ
การเปลี่ยนแปลงระเบียบการด้านความปลอดภัยสำหรับภารกิจประจำ
อุตสาหกรรมอวกาศใช้กฎความปลอดภัยในการประเมินภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก มาตรฐานทางเทคนิคในปัจจุบันกำหนดเกณฑ์การอนุมัติสำหรับส่วนประกอบที่ใช้ในภารกิจที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์ ขั้นตอนนี้ทำให้ตัวอย่างตั้งตรงสัมผัสกับเปลวไฟขนาด 6 นิ้ว การตรวจสอบเกิดขึ้นภายในห้องปฏิบัติการที่มีสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม
วัสดุไม่ผ่านการทดสอบหากไฟเกินขีด จำกัด หรือหากปล่อยชิ้นส่วนที่ลุกไหม้ คำสั่งนี้ปกป้องลูกเรือในช่วงหลายปีของการปฏิบัติการในวงโคจรต่ำ การกลับไปสู่ดวงจันทร์ขั้นสุดท้ายต้องได้รับการอัปเดตพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างสมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงทางฟิสิกส์จำเป็นต้องมีเกณฑ์การวิเคราะห์ใหม่ทั้งหมด
ข้อมูลที่รวบรวมโดยโมดูล FM2 จะถูกนำมาใช้เพื่อปรับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของหน่วยงานอวกาศ นักวิทยาศาสตร์พยายามสร้างความเชื่อมโยงระหว่างการทดสอบภาคพื้นดินกับความเป็นจริงของไฟในอวกาศ การทำความเข้าใจแรงโน้มถ่วงบางส่วนช่วยแก้ไขข้อบกพร่องในคู่มือทางวิศวกรรมในปัจจุบัน ขีดจำกัดใหม่จะเป็นแนวทางในการเลือกฉนวนกันความร้อนและชุดอวกาศ
การป้องกันอุบัติเหตุในการติดตั้งโปรแกรม Artemis ในอนาคต
การสร้างฐานคงที่ต้องได้รับการควบคุมอย่างสมบูรณ์ต่ออันตรายของสภาพแวดล้อมภายใน ไฟไหม้ภายในโมดูลที่มีแรงดันเป็นหนึ่งในภัยคุกคามที่เลวร้ายที่สุดสำหรับทีมนักบินอวกาศ บรรยากาศที่สร้างขึ้นของสิ่งอำนวยความสะดวกช่วยควบคุมระดับออกซิเจนอย่างเข้มงวด การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในส่วนผสมของก๊าซจะส่งผลต่อระดับความไวไฟของพื้นที่
เวลาบนพื้นผิวของทีมจะเพิ่มขึ้นในระยะต่อไปของโปรแกรม Artemis การเดินทางที่ยาวนานจะเพิ่มโอกาสเกิดอุบัติเหตุไฟฟ้าลัดวงจรในแผงไฟฟ้า การเลือกวัสดุก่อสร้างที่แน่นอนทำหน้าที่เป็นแนวป้องกันหลัก การป้องกันในโครงสร้างช่วยลดความจำเป็นในการใช้ระบบดับเพลิงขนาดใหญ่
ผู้เชี่ยวชาญจากศูนย์ Glenn และ Johnson เป็นผู้นำในการพัฒนาทางเทคนิคของเครื่องมือ มหาวิทยาลัย Case Western Reserve มีส่วนร่วมในกลุ่มโดยการวิเคราะห์ข้อมูลดิบ แพ็คเกจการวัดและส่งข้อมูลทางไกลจะมาถึงโลกไม่นานหลังจากการเผาตัวอย่างทั้งสี่ในดินบนดวงจันทร์เสร็จสิ้น การอ้างอิงโยงข้อมูลนี้จะกำหนดกฎการผลิตสำหรับห่วงโซ่อุปทานการสำรวจอวกาศทั้งหมด