Feuersicherheit in Raumfahrzeugen und Raumstationen
Feuersicherheit in Raumfahrzeugen und Raumstationen
Feuersicherheit ist in der astronautischen Raumfahrt von großer Bedeutung. Im Falle eines Brandes an Bord einer Raumstation kann die Besatzung nicht umgehend fliehen. Auch ist es schwierig zu erkennen, wo der Brand entsteht, da sich Rauch in Schwerelosigkeit anders verhält als auf der Erde. Zudem beinhaltet die Atemluft in Raumstationen mehr Sauerstoff als normale Atemluft. Das sorgt zusammen mit der herrschenden Schwerelosigkeit dafür, dass Stoffe anders brennen, als auf der Erde.
Materialien, die auf der Erde normalerweise nicht brennen, können in Schwerelosigkeit teilweise selbsterhaltend brennen. Auch die Brandbekämpfung ist in Schwerelosigkeit deutlich problematischer. Gängige Methoden wie CO2-Feuerlöscher funktionieren in Schwerelosigkeit nicht korrekt und sind mitunter gefährlich für Mensch und Technik.
Um die astronautische Raumfahrt sicherer zu machen, wird in einer Experimentreihe untersucht, wie Materialien unter Bedingungen brennen, die auf Raumstationen herrschen. Ziel ist, die Brennbarkeit und Brandausbreitung unterschiedlicher Materialien besser zu verstehen. Daraus können Rückschlüsse gezogen werden, welche Materialien in Raumstationen verwendet werden sollten und wie man Brände verhindern kann. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR fördert die Experimente, die am Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) an der Universität Bremen und auf der Internationalen Raumstation ISS durchgeführt werden.
Die FLARE-Experimentreihe
Im Fallturm Bremen führt das Wissenschaftsteam um Dr. Florian Meyer im Projekt FLARE-G III (Flammenpropagation bei reduzierter Gravitation unter Explorationsatmosphären) Verbrennungsexperimente in Schwerelosigkeit durch.
Im Experiment wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Feuern unter verschiedenen atmosphärischen Bedingungen, sowie der Flammenübersprung von Lücken untersucht. Daraus lassen sich Rückschlüsse ziehen, unter welchen Bedingungen die Feuersicherheit verringert ist oder erhöht werden kann und wie Brandhindernisse beschaffen sein sollten.
Das deutsche FLARE-G Experiment ist Teil der internationalen Zusammenarbeit im FLARE-Konsortium, das von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA geführt wird. In Kooperation mit der JAXA können Experimente mit Bremer Proben auf der ISS durchgeführt werden.
Brennkammer des FLARE-Projektes
Um die astronautische Raumfahrt sicherer zu machen, wird in der FLARE-Experimentreihe untersucht, wie Materialien unter Bedingungen brennen, die auf Raumstationen herrschen. In der Brennkammer wird ein Material kontrolliert unter Schwerelosigkeit abgebrannt, während Hochgeschwindigkeits- und Wärmebildkameras die Verbrennung aufzeichnen. So wird das Brandverhalten unterschiedlicher Materialien getestet, die in Raumstationen verbaut sind.
Credit:
ZARM, Universität Bremen
Da in den Experimenten nicht jeder erdenkliche Parameter gemessen werden kann und Experimente auf den genannten Plattformen stark begrenzt sind, wird im Projekt TOPOFLAME III (Wirkung der Topographie auf die Flammenausbreitung längst fester Brennstoffe) an Computersimulationen zur Brandausbreitung gearbeitet. Für die Entwicklung eines passenden Modells wurden und werden Experimente auf TEXUS-Höhenforschungsraketen durchgeführt. Ziel ist es, das Verständnis der physikalischen Prozesse in Feuern unter Schwerelosigkeit zu erweitern.
Saffire-Projekt
In Zusammenarbeit mit der amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA und weiteren Beteiligten wurden im Saffire-Projekt zwischen 2016 und 2023 Experimente auf den Cygnus-Versorgungskapseln der ISS durchgeführt. Hier konnte gezeigt werden, dass Rippen und Kanten von Bauteilen die Feuerausbreitung stark beeinflussen.
Brände auf Raumstationen erkennen
Zusätzlich zur Forschung zum Verständnis der Brandausbreitung und Flammbarkeit wird auch die Detektion von Bränden auf Raumstationen erforscht. Ein neuartiges Konzept, welches im Verbundprojekt „Pre-Ignition fire detection system“ (PFDS) durch die Universität Bremen und die Eberhard-Karl-Universität Tübingen entwickelt wurde, sieht Sensoren vor, die Feuer schon erkennen können, bevor sie überhaupt ausbrechen. Durch die sensible Messung von Ausgasungen von Materialien oberhalb ihrer Betriebstemperatur kann bereits ein Alarm gegeben werden, bevor sich das Material entzündet. In der nächsten Phase wird nun gemeinsam mit der ZARM Technik AG das Konzept weiterentwickelt. Ziel ist, einen Demonstrator für die frühzeitige Branddetektion zu bauen.
Aufnahmen aus einer Flare-Experimentkammer
Das Bild zeigt unterschiedliche Aufnahmen aus einem FLARE-Experiment. In diesem Fall wurde ein Stück Plexiglas in Schwerelosigkeit abgebrannt. Die Bilder der Hochgeschwindigkeitskamera zeigen, wie sich die Flammen ausdehnen, die Wärmebildkamera die Temperaturverteilung in der Flamme.
Die Forschung im Bereich Feuersicherheit dient dazu, grundlegende Verbrennungsprozesse besser zu verstehen, um so zukünftige Explorationsmissionen sicherer zu machen. Gleichzeitig können die Erkenntnisse für Branddetektion und -vermeidung auf der Erde genutzt werden.
