Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации



Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации
Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках лагранжа, и устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2592344:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" (ФГБУ ВНИИПО МЧС России) (RU)

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано при обеспечении пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках.

При этом используются приемы обеспечения пожарной безопасности, действующие в соответствии с инновационной технологией, применение которой обеспечивает предотвращение возникновения загораний материалов и веществ и тушение возможных загораний без применения огнетушащих веществ, а за счет использования физических явлений, проявляющихся при горении и обеспечивающих самопотухание материалов и веществ в условиях орбитального полета, выявленных в результате фундаментальных исследований процессов воспламенения, горения, тления материалов, скорости развития и тушения загораний в условиях обитаемых герметичных отсеков космических летательных аппаратов.

Так достигается высокая надежность и эффективность в осуществлении предотвращения возникновения загораний и минимизации времени их тушения, обеспечивается экономичность и экологическая состоятельность способа и реализуемого его устройства. 2 н.п. ф-лы, 9 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано при обеспечении пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках (далее - обитаемые гермоотсеки или ОбГО) долговременных орбитальных станций (далее - ДОС) и межпланетных кораблей (далее - МК), предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках.

Космические летательные аппараты (далее - КЛА) различного типа и назначения относятся к критически важным объектам (Федеральный закон Российской Федерации №123-ФЗ от 22.07.2008 г. «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». / В редакциях ФЗ от 10.07.2012 №117-ФЗ и от 02.07.2013 №185-ФЗ/ ). Нарушение функционирования хотя бы отдельных КЛА или орбитальных стартовых платформ, может наносить ущерб национальным интересам страны в политической, экономической, социальной, военной и других областях.

Одно из новых и весьма актуальных направлений развития пилотируемой космонавтики является планируемое создание больших обитаемых станций - космических заводов - лабораторий и размещение их в связи с рядом важных особенностей данных областей космических пространств в точках Лагранжа различных космических систем (планетных и звездных), таких как: «Солнце или другая звезда - ее планеты», «планеты Солнца или другой звезды - их спутники», например, система «Земля-Луна» и др. (URL:http://grammota.com/interests/stars/chto-takoe-tochki-lagranzha. Дата обращения: 06.01.2014).

По сообщению от 27.02.2012 г. национальное управление США-NASA, выпустило меморандум, в котором говорится о предстоящей разработке проекта и реализации пилотируемых полетов к двум точкам Лагранжа космической системы «Земля-Луна». NASA считает, что освоение точек Лагранжа космической системы «Земля-Луна» выведет национальное управление NASA из застоя (URL:http://ligaspace.myl.ru/news/2012-02-27-365. Дата обращения в интернет 07.01.2014) и явится для США перспективой для расширения исследований и работ в космической области.

Работы в данном направлении ведутся сейчас в России. Д.О. Рогозин сообщил, что Россия в целом определилась с концептуальной основой изучения и освоения внеземного пространства. В ряде важнейших стратегических задач стоят: «...освоение с последующей колонизацией Луны и окололунного пространства; подготовка и начало освоения Марса и других объектов Солнечной системы» (Дмитрий Рогозин: в статье «Россия без космоса не может исполнить свои мечты». «Российская газета» №6355 от 11.04.2014 г.). Исходя из положений космической науки, представляется очевидным, что для выполнения указанных стратегических задач требуется освоение точек Лагранжа космических систем «Земля-Луна», «Солнце - Земля», «Солнце - другие планеты Солнечной системы», строительство многофункциональных долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, в том числе, в качестве орбитальных стартовых платформ для межпланетных кораблей.

В многолетней деятельности российских ученых, на основе результатов фундаментальных научных исследований процессов воспламенения, горения и тушения загораний в обитаемых гермоотсеках КЛА в условиях космических полетов, заложены положения по обеспечению пожарной безопасности ОбГО ДОС и МК, соответствующие требованиям российского законодательства. По требованию статьи 5 Федерального закона Российской Федерации №123-ФЗ от 22.07.2008 система обеспечения пожарной безопасности любого объекта должна включает в себя систему предотвращения возникновения пожара, систему противопожарной защиты (систему активной ликвидации пожара и его последствий), комплекс организационно-технических мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

Требования к ограничению массы оборудования для ОбГО модулей КЛА и КЛА в целом, жесткие требования к соблюдению экологии, высокой надежности, эффективности, компактности оборудования для ОбГО модулей разных КЛА не позволили решить проблему обеспечения пожарной безопасности ОбГО КЛА традиционными противопожарными средствами и приемами, используемыми в наземных условиях.

Для решения указанной проблемы применительно к ОбГО модулей КЛА теоретически и экспериментально на наземных экспериментальных установках (ЭУ) и на российской ДОС «Мир» в ЭУ «Скорость», которая использовалась в орбитальном полете, изучались процессы воспламенения, горения и тушения загораний в условиях обитаемых гермоотсеков КЛА с целью формирования и развивития технологий обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК, в том числе ДОС и МК, предназначенных для полетов в точки Лагранжа и эксплуатации данных КЛА в этих точках. На станции «Мир» в ЭУ «Скорость» было проведено три серии экспериментов. Основной научной целью экспериментов являлось подтверждение принципиального положения, обнаруженного в результате теоретических и экспериментальных исследований в наземных условиях, о невозможности диффузионного горения КНМ в невесомости при покоящейся газовой среде. Результаты исследований представлены в работах («Предварительные результаты третьей серии экспериментов по исследованию горения неметаллических материалов в ЭУ «Скорость» на борту орбитальной станции «Мир»». / Иванов А.В., Алымов В.Ф., Мелихов А.С. и др. // «Proceedings of the Fifth International Microgravity Combustion Workshop». Cleveland, Ohio. May 18-20 1999; Болодьян И.А., Иванов A.B., Мелихов А.С. / «Горение твердых неметаллических материалов в условиях микрогравитации». // «Материалы 5-го симпозиума «Азия - Океания» по науке и технике пожара», г. Ньюкасл, Австралия, 3-6 декабря 2001. - С. 195-204; «О предельных режимах горения полимеров в отсутствии естественной конвекции». / Мелихов А.С, Потякин В.И., и др. // В журнале «Физика горения и взрыва», 1983, №4. - С. 27-30»; Болодьян И.А., Жевлаков А.Ф., Мелихов А.С. / «О расчете предельных условий горения полимерных материалов». // В сб. трудов «Пожарная профилактика». / - М.: ВНИИПО МВД СССР. 1977. - Вып. 13. - С. 81-88; Мелихов А.С, Иванов А.В., Ребров С.Г. / «Роль излучения тепла из диффузионного пламени частицами сажи в процессе потухания пожара в условиях невесомости». // «Актуальные проблемы пожарной безопасности: Тезисы докладов XXI Международной научно-практической конференции». - ч. 1. - М.: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 19-20.05.2009 г. - С. 22-27; «Результаты экспериментального исследования горения материалов в космосе». / Иванов А.В., Балашов Е.В., Андреева Т.В., Мелихов А.С. и др. // National Aeronautics and Space Administration. Glenn Research Center. NASA/CR-1999-209405. November 1999. - 54 с. и др.). В литературе, наряду с термином «невесомость», применяют термин «микрогравитация», т.е. гравитационное состояние с ускорением силы тяжести равном ≤2·10-4 см/с2. Учитывая традиции (Космонавтика: энциклопедия. / под ред. В.П. Глушко. // - М:. «Советская энциклопедия», 1985. - 527 с.), в российских документах пользуются термином «невесомость».

Данные, полученные на станции «Мир», являются в настоящее время единственными, полученными с помощью строго обоснованной методики, позволяющими с высокой надежностью решать вопросы обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей КЛА, предназначенных для полетов в точки Лагранжа и эксплуатации КЛА в этих точках. Указанные процессы изучались на ЭУ «Скорость» при горении элементов из КНМ существенно различного вида, состава и назначения при различных концентрациях кислорода в рабочей атмосфере и точно известных скоростях потока атмосферы, то есть с учетом факторов космического полета, наиболее полно и объективно определяющих пожарную опасность в обитаемых гермоотсеках КЛА.

Наиболее характерные признаки протекания процессов развивающегося горения и самопотухания загораний элементов из конструкционных неметаллических материалов (далее - КНМ или материалы) в невесомости при применении соответствующих противопожарных приемов и средств, которые легли в основу разработанной инновационной технологии обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК, иллюстрируются на фиг. 1-4. Кадры на фиг.3, 4 взяты из видеозаписей 1-й серии экспериментов, доставленных с ДОС «Мир».

Учитывая ожидаемые важные результаты научно-исследовательских и промышленных работ на крупных орбитальных станциях в зоне точек Лагранжа, далее рассмотрены условия в точках Лагранжа, поведение тел в этих точках и пожароопасные факторы, проявляющиеся в ОбГО ДОС и МК, находящихся в точках Лагранжа.

Точки Лагранжа, или точки либрации (от латинского слова «раскачивание») с международным обозначением «L» - это точки в системе из двух массивных тел, в которой находится (попало из космоса, сойдя со своей орбиты, или размещено человеком) третье тело, имеющее по сравнению с двумя массивными телами пренебрежимо малую массу, и на которое не действуют никакие другие силы, кроме гравитационных сил со стороны указанных двух массивных и других тел данной космической системы. Третье тело может оставаться неподвижным относительно двух массивных тел во вращающейся системе отсчета, поскольку тела в точке Лагранжа между массивными телами уравновешены притяжением обоих массивных тел.

Важным для практики эксплуатации и длительного нахождения ДОС и МК в зонах точек Лагранжа, является обстоятельство, благодаря которому для устойчивого нахождения станций на орбитах в зонах точек Лагранжа не требуется большого расхода энергии (топлива, электрической энергии, преобразование которой обеспечивает работу реактивных установок и т.д.). Это явление представляет своеобразное свойство точек Лагранжа и касается космических станций любого размера, который может быть достигнут с помощью освоенной в данный период технологии создания КЛА ДОС и МК. Таким образом, точка Лагранжа является идеальным местом для длительного пребывания объектов, которые по ряду специфических требований, связанных, например, с наблюдательными, оборонными и другими функциями, должны крайне ограниченно подвергаться сильным гравитационным возмущениям и проявлять себя внешними электромагнитными признаками.

В пространстве любой космической системы существуют, как правило, пять точек Лагранжа, обозначаемых буквой «L» с числовым индексом от 1 до 5. Расположение точек Лагранжа, например, в системе «Солнце-Земля» с массами, обозначениями условно как M1 (Солнце) и М2 (Земля), показано на фиг. 5. Все точки Лагранжа лежат в плоскости орбит двух массивных тел (URL:http://grammota.com/interests/stars/chto-takoe-tochki-lagranzha. Дата обращения в интернет от 02.08.2014).

Первые три точки расположены на линии АБ, проходящей через центры обеих массивных тел. Эти точки Лагранжа называются коллинеарными и обозначаются как: L1, L2 и L3. Тела, помещенные в коллинеарные точки Лагранжа, находятся в неустойчивом равновесии - в случае внешнего воздействия на тела, они стремятся уйти от точки Лагранжа. Если объект (к примеру, ДОС), находящийся в точке L1, несколько смещается вдоль прямой АБ, например, вследствие гравитационного воздействия со стороны планеты или ее спутника, сила, притягивающая его к тому телу, к которому оно приближается, увеличивается, а сила притяжения со стороны другого тела - уменьшается. В результате ДОС будет все больше удаляться от положения равновесия. Для его возврата в точку L1 и вынужденного снижения ускорение силы тяжести в ОбГО ДОС потребуется торможение ДОС с помощью реактивных сил. Чем раньше начнется торможение, тем меньше энергии потребуется для возврата ДОС в точку L1 и снижения ускорение силы тяжести в ОбГО до заданного уровня.

Во вращающейся системе координат существуют стабильные замкнутые орбиты вокруг коллинеарных точек Лагранжа, по которым может двигаться ДОС и МК. Если на движение космического аппарата в точках Лагранжа влияют и другие тела, например, тела Солнечной системы, космический аппарат будет двигаться по квазипериодическим орбитам, имеющим форму фигур Лиссажу (см. фиг. 6), которые являются замкнутыми траекториями при совершении телом одновременно двух гармонических колебаний в двух взаимно перпендикулярных направлениях (URL:http://www.fxyz.ru формулы_по физике_ / колебания_ и _волны /сложение_колебаний /разных_направлений / фигуры_лиссажу/. Дата обращения в интернет от 04.08.2014). В случае одинаковых частот двух колебаний получаются эллипсы 22, 23, 24 с различным эксцентриситетом (включая прямую 22 и окружность 23). При неодинаковых частотах тело (ДОС) будет двигаться по более сложным фигурам Лиссажу, показанным на фиг. 6 под номерами 25-27.

Еще две точки Лагранжа (L4 и L5) расположены в вершинах равносторонних треугольников с основанием, совпадающим с отрезком, соединяющим два массивных тела (см. фиг. 5). По законам небесной механики окрестности точек Лагранжа L4 и L5 являются областями устойчивого равновесия. Если масса одного из этих тел много меньше массы другого, то точки L4 и L5 располагаются на орбите менее массивного тела, на 60° впереди и позади него. Эти точки называют троянскими. В отличие от точек Лагранжа L1, L2 и L3, в троянских точках обеспечивается устойчивое равновесие, если М1/М2>24,96. Это справедливо, например, для системы «Солнце-Земля», у которой М1/М2=332982. При нахождении долговременной орбитальной станции в точке L4 или L5, состояние станции будет устойчивым, она будет находиться в равновесии с космической (звездной и планетной) системой. Наличие точек L4 и L5 и высокая устойчивость тел в их окрестности объясняется следующим образом. Силы притяжения со стороны двух тел с M1 и М2 соотносятся в той же пропорции, что их массы, и таким образом результирующая сила направлена на барицентр системы, который является одновременно центром масс и центром вращения системы. Кроме того, геометрия треугольника сил подтверждает, что результирующее ускорение связано с расстоянием до барицентра с той же пропорцией, что и для двух массивных тел. Результирующая сила точно соответствует той, которая нужна для удержания малого тела в точке Лагранжа в орбитальном равновесии с остальной системой.

Подтверждением устойчивости космической системы и объектов в точках L4 и L5 служит установленное астрономами в 20-м веке скопление в окрестностях точек L4 и L5 доступных для наблюдения космических систем астероидов и облаков пыли. На фиг. 7 (URL:http://grammota.com/interests/stars/chto-takoe-tochki-lagranzha. Дата обращения в интернет от 18.08.2014) эти области скопления тел в окрестностях точек L4 и L5 выделены треугольниками на линиях сечения эквипотенциальных поверхностей векторного гравитационного поля вокруг точек L4 и L5. В работе (Протоколы Astronomica 11: 165-169. URL:http://ru.encydia.com/en / Облако_Кордылевского. Дата обращения в интернет от 04.08.2014) сообщено, что в точках L4 и L5 космической системы Земля-Луна находятся скопления межпланетной пыли - облака Кордылевского. Предполагается, что поперечник тел в облаках Кордылевского не превышает 20 м. В космической системе «Солнце - Юпитер» в окрестностях точек L4 и L5 имеются скопления более сотни троянских астероидов. Не все троянские астероиды находятся строго в точках Лагранжа-под троянскими астероидами понимаются также астероиды, совершающие колебательные движения около точек Лагранжа L4 и L5. Ученые считают, в перспективе все астероиды в важной для человечества космической системе будут сгоняться в точки Лагранжа L4 и L5 для безопасности полетов по остальному космическому пространству. Учитывая изложенное выше, точки L4 и L5 являются наиболее пригодными для создания и размещения в них укрупненных долговременных орбитальных станций. При этом, в случае не чрезмерно сильного гравитационного воздействия на космическую станцию, находящуюся в точке L4 или L5, станция отойдет от точки Лагранжа, но всегда, под действием системы гравитационных сил со стороны двух массивных тел станция возвратится в зону точки Лагранжа, и будет совершать в окрестности точки колебательное движение. При перемещении космической станции возникают силы Кориолиса, которые искривляют траекторию движения космической станции и она переходит к движению по устойчивой орбите вокруг точки Лагранжа. При этом в ОбГО ДОС может возникать ускорение силы тяжести.

Точка L1 Лагранжа системы Земля-Луна является идеальным местом для строительства пилотируемой орбитальной космической станции, которая может позволить:

- долететь до Луны с минимальными затратами топлива;

- стать перевалочным пунктом для полетов к Марсу и к его спутникам; -выполнять роль спасательной базы в случае аварий на трассе между Землей и Луной.

NASA США имеет планы в отношении точки Лагранжа L2, считая освоение ее «ключевой возможностью» для США в освоении космоса на ближайшую перспективу. Точка L2 системы «Земля-Луна» обладает особыми условиями для исследований Луны с помощью размещенных в точке L2 ДОС. Отсюда можно высокоэффективно управлять луноходами, исследующими обратную сторону спутника Земли. Точка L2 в космической системе Земля-Луна является удобным местом для хранения запасов компонентов ракетного топлива и грузов для создания заправочных станций и транзитным местом обеспечения грузопотока между Землей и Луной.

Результаты выполненного анализа указали на положительную перспективу эксплуатации крупных орбитальных станций в зоне точек Лагранжа. В то же время выявлен ряд специфических факторов, влияние которых повышает пожарную опасность в ОбГО ДОС и МК, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, по сравнению с ОбГО КЛА, эксплуатируемых на околоземных орбитах.

Считается (Космонавтика: энциклопедия. / Под ред. В.П. Глушко // - М:. «Советская энциклопедия», 1985. - 527 с. и др.), что наиболее обширный и продуктивный научно-практический выход имеют результаты космических исследований и работ, получаемые непосредственно космонавтами в КЛА, в его окрестностях на орбитах, при работе космонавтов их на других небесных телах. Однако, такие работы связаны с пребыванием космонавтов в ОбГО КЛА и вне его - в условиях действия на космонавтов опасных факторов космического полета и космоса при выходе из КЛА. Имевшие место ранее пожароопасные ситуации в ОбГО при подготовке КЛА к полетам и при их полетах: корабли «Аполлон», ДОС «Мир», российский сегмент Международной космической станции (PC МКС) и другие КЛА, поставили пожарную опасность в ОбГО КЛА в число основных опасных факторов космического полета («Безопасность космических полетов». / Береговой Г.Т., Тищенко А.А., Шибанов Г.П., Ярополов В.И. // - М.: «Машиностроение», 1977. - 263 с.; Накакуки А. / «Пожары и противопожарные мероприятия в камерах высокого давления и концентрации кислорода». // В журнале «Андзен Когаку». 1972, т. 2, №5. - С. 98-105. Перевод с японского №Ц 21297. - 27 с.).

Концентрация кислорода (Cox.m) в рабочей атмосфере ОбГО ДОС и транспортных пилотируемых кораблей (ТПК) и ДОС может достигать значения, равного 25-40% (Здесь и далее: проценты газовых и паровых компонентов в рабочей атмосфере ОбГО - объемные.) (Справочник пользователя. «Российский сегмент МКС». ОАО РКК «Энергия» им. СП. Королева). Данный фактор значительно повышает пожарную опасность в ОбГО ДОС и МК. Большинство материалов и веществ, которые в нормальной воздушной атмосфере являются негорючими, при указанных концентрациях кислорода в атмосфере становятся интенсивно горящими. При этом повышается скорость развития загораний, увеличивается время тушения загораний. В этой связи все технические решения по обеспечению пожарной безопасности в ОбГО ДОС и МК, касающиеся предотвращения возникновения загораний и их тушения, должны приниматься к практическому применению на основе Заключений о принятых мерах по учету влияния на обеспечение пожарной безопасности с помощью примененных технических решений концентрации кислорода, которая будет иметь место в атмосфере ОбГО ДОС и МК, предназначенных, например, для эксплуатациии в точках Лагранжа.

В современных КЛА насыщенность объема ОбГО КНМ достигает 6-7 кг на 1 метр кубический объема ОбГО. Использование большого количества КНМ в ОбГО ДОС и МК является неизбежным в связи с необходимостью снижения массы оборудования ОбГО ДОС и МК и самих ДОС и МК. Масса материалов, способных к горению при концентрации кислорода в атмосфере ОбГО модулей КЛА, равной 25-40%, составляет 5-5,5 кг/м3. Это связано с тем, что большинство материалов с необходимыми для сооздания ОбГО КЛА физико-механическими, физико-химическими, электротехническими, экологическими и другими практически важными для допуска их к применению в ОбГО модулей КЛА свойствами, в обогащенной кислородом атмосфере являются в настоящее время горючими. Высокая насыщенность ОбГО материалами, горючими в обогащенной кислородом атмосфере, является причиной для быстрого подъема уровня опасных факторов пожара при загорании в ОбГО. Основным опасным фактором при пожаре в обитаемых гермоотсеках КЛА (Попов A.M., Николаев В.М., Мелихов А.С., Болодьян И.А. / «Расчетно-экспериментальное исследование горения полимерных материалов в замкнутых объемах при повышенной концентрации кислорода». // В сб. трудов «Вопросы горения и тушения полимерных материалов в обогащенных кислородом средах». - М.: ВНИИПО МВД СССР. Вып. 2. 1977. - С. 31-38), является повышение температуры атмосферы в ОбГО. От данного опасного фактора не защищены космонавты и оборудование ОбГО, от нормальной работы которой зависит живучесть космонавтов в ОбГО и ДОС в целом (От действия токсичных продуктов горения на космонавтов предназначено использование индивидуальных средств защиты органов дыхания и зрения. Сейчас применяют изолирующие противогазы космические типа ИПК - 1М). Предельно допустимый уровень температуры атмосферы (Tlim) для космонавтов и оборудования ОбГО определен специалистами («Безопасность космических полетов». / Береговой Г.Т., Тищенко А.А., Шибанов Г.П., Ярополов В.И. // - М.: «Машиностроение», 1977. - 263 с.), равным 70°С.

Данное положениие требует оснащенения ОбГО КЛА ДОС и МК автоматическими системами обеспечения пожарной безопасности (automatic system of fire safety - ASFS), базирующимися на технологии, реализующейся с помощью высонадежных, эффективных, экономичных и компактных технических решениях, не нарушающих экологию в ОбГО КЛА. Данное средство может быть разработано на основе результатов исследований процессов воспламенения, горения, тления материалов и тушения их загораний в условиях обитаемых гермоотсеков КЛА в космическом полете, представленных в публикациях, приведенных в подразделе 1.7 и в разделе 5.

В табл. 1 представлен перечень КНМ с показателями их горючести в условиях космического полета ДОС или МК, приведенными в зависимости от концентрации кислорода в атмосфере ОбГО ДОС и МК. Данный перечень КНМ сформирован как пример для демонстрации на основе анализа перечней материалов, применяемых в ОбГО реальных модулей ДОС. Число элементов конструкций из КНМ в модулях реальных ДОС достигает 300-350 наименований.

Таблица 1. Перечень неметаллических конструкционных материалов (КНМ) с показателями горючести для условий орбитального полета КЛА в зависимости от концентрации кислорода в атмосфере ОбГО КЛА.

В данной части 1 табл.1 приведен перечень КНМ и значения пределов горения КНМ по концентрации кислорода в атмосфере - Clim, %. Далее следует продолжение табл. 1 - слева - направо.

Продолжение таблицы 1. В данной части 2 табл. 1 приведены значения: Vlim.i - предельные для воспламенения материалов скорости потока в невесомости; Vlim - предельные для горения материалов скорости потока в невесомости. *)

Продолжение таблицы 1. В данной части 3 табл. 1 приведены значения: Clim.i - определьные для воспламенения материалов значения ускорения силы тяжести; glim - предельные для горения материалов значения ускорения силы тяжести. *)

Перечень в табл. 1 отражает типичное соотношение между количествами горючих и негорючих КНМ в реальных ОбГО ДОС и, соответственно, положение в возможности подбора материалов, негорючих в реальной атмосфере ОбГО КЛА. Например, при концентрации кислорода в атмосфере ОбГО ДОС, равной 30%, доля горючих материалов в общем количестве КНМ со значением показателя Clim, меньшим 30%, то есть доля количества КНМ, для которых при Cox.m=30% не выполняется условие пожаробезопасности №11 - Clim≥Ksl·Cox.m (Комплекс условий пожаробезопасности, при выполнении которых обеспечивается пожарная безопасность элементов из КНМ, применяемых в ОбГО, и ОбГО ДОС и МК в целом), где Clim - предел горения КНМ по концентрации кислорода, %, составляет 76,5%. Негорючими при Cox.m=30% в перечне табл.1 являются КНМ по пп. 13-15, 17, то есть 23,5% от общего количества КНМ, приведенных в табл.1. Негорючими при Cox.m=40% в перечне в табл. 1 являются КНМ пп. 14, 15, 17. Высокие значения показателя Clim имеют фторопласты, полиимидные материалы и материалы на их основе. Показатели пожарной опасности материалов, примененных в конструкциях ОбГО каждого конкретного модуля (по примеру табл. 1), определенные в диапазоне концентраций кислорода, которые по плану будут иметь место в атмосфере ОбГО каждого конкретного модуля ДОС и МК, при подготовке системы ASFS к работе вводятся в постоянную память компьютера системы ASFS.

Вентилирование внутри ОбГО модулей ДОС «Салют», «Мир» и PC МКС, осуществлялось и осуществляется при скорости вентиляционных потоков (Vvf) от, не менее, 10 см/с до, примерно, 40-60 см/с (Космонавтика: энциклопедия. / Под ред. В.П. Глушко. // - М:. «Советская энциклопедия», 1985. - 527 с.). Такая скорость вентиляционных потоков существенно превышает пределы горения по скорости потока - Vlim всех применяемых в ОбГО КЛА горючих КНМ (см. табл. 1). Поэтому, согласно данным работы (Melikhov A.S., Bolodyan I.A., Potyakin V.I. et al. / «The Study Of Polymer Material Combustion In Simulated Microgravity By Physical Modeling Meth-od». // «Proceedings of the Fifth International Microgravity Combustion Workshop». Cleveland, Ohio, May 18-20, 1999) и данным работы в трех сериях по экспериментальному исследованию процесса горения КНМ, проведенной на борту ДОС «Мир» в орбитальном полете, при указанной скорости вентиляционных потоков происходит развивающееся горение КНМ в невесомости. Подтверждением этому являеются данные, приведенные на фиг. 3 и 4, полученные на борту ДОС «Мир» в орбитальном полете. Горение большинства элементов из КНМ без конструкционной (пассивной) противопожарной защиты может развиваться с той же скоростью и выгорать так же интенсивно, как при земном ускорении силы тяжести - на Земле. Учитывая приведенные данные, загорание в ОбГО можно потушить за счет снижения скорости вентиляционного потока в ОбГО ДОС и МК ниже пределов горения КНМ по скорости потока - Vlim.

ОбГО ДОС и МК в высокой степени насыщены электрооборудованием. В обогащенной кислородом атмосфере ОбГО элементы электрооборудования при отказах, даже в слаботочных цепях его составляющих, часто (примерно в 85-90% проанализированных случаев) становились источниками, приводящими к возникновению загораний, которые переходили в катастрофические пожары. К зажиганию материалов приводили: перегрев проводников при их токовой перегрузке, электрические разряды, возникшие при обрыве проводов, при разрушении элементов на печатных платах, и других элементов токонагруженных цепей (Накакуки А. / «Пожары и противопожарные мероприятия в камерах высокого давления и концентрации кислорода» // В журнале «Андзен Когаку». 1972, т. 2, №5. - С. 98-105; Sheffield P.V., Desantels D.A. Undersea And Hyperbarc Medicine. Vol. 24 (3), 1997, - pp. 153-164 и др.). Частые загорания в гермоотсеках с искусственной атмосферой происходят вследствие резкого снижения минимальной энергии зажигания КНМ и веществ при даже незначительном повышении концентрации кислорода в рабочей атмосфере гермоотсеков (Калинкин В.И., Мелихов А.С, Потякин В.И. / «О влиянии параметров электрического разряда на процесс зажигания твердых материалов» / В сб. трудов «Вопросы горения и тушения материалов в обогащенных кислородом средах». - М.: ВНИИПО. Вып. 2. 1977. - С. 39-47).

Сочетание перечисленных ранее пожароопасных факторов устройства и эксплуатации является в настоящее время практически неизбежным при создании ОбГО ДОС и МК. Такое сочетание пожароопасных факторов делает уровень риска возникновения пожара в ОбГО и быстрого его развития без применения парирующих мер в ОбГО недопустимым. Обеспечение пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК с необходимой надежностью требует проведения мер по предотвращению возникновения предпожароопасных ситуаций и по предотвращению перехода их в загорания и пожары, то есть мер по оперативному тушению загораний в ОбГО.

Эксплуатация ДОС и МК в точках Лагранжа, согласно описанию условий поведения ДОС и МК в зонах этих точек может по представленным выше причинам приводить к возникновению в ОбГО ДОС и МК ускорения силы тяжести gsc, превышающего по величине пределы воспламенения КНМ по ускорению силы тяжести - glim.i и пределы горения по ускорению силы тяжести - glim КНМ (см. табл. 1). При этом воспламенение и горение материалов и веществ может осуществляться без воздействия на очаг горения вынужденных вентиляционных потоков, имеющих место в ОбГО, а только вследствие действия на очаг горения потоков атмосферы ОбГО, побуждаемых естественной конвекцией при указанном значении gsc.m.. В этом случае возникновение загораний в ОбГО можно предотвратить за счет снижения ускорения силы тяжести ниже пределов воспламенения KHM- glim.i, а загорание КНМ можно потушить за счет снижения ускорения силы тяжести ниже пределов горения КНМ по ускорению силы тяжести - glim (см. табл. 1) за счет действия на ДОС и МК реактивных сил.

Обитаемые гермоотсеки укрупненных ДОС для выполнения своего назначения будут оснащены большим количеством служебного, производственного и научного оборудования со всеми перечисляемыми атрибутами пожарной опасности. Учитывая данные обстоятельства и вынужденное использование в ОбГО ДОС большого количества горючих КНМ, ОбГО должны оснащаться средствами пожаротушения. Применение огнетушащего вещества (ОТВ) в ОбГО модулей ДОС в период полета или его подготовки на старте само по себе, независимо от масштаба пожара, является аварийной ситуацией, которая может приводить к срыву программы полета или потере для эксплуатации модуля (модулей) ДОС из-за загрязнения атмосферы гермоотсеков и разрушения его оборудования. Для противопожарной защиты ОбГО объемом 100 м3 с помощью ОТВ, например, в виде шестифтористой серы необходима установка объемного пожаротушения, масса которой составит 200-250 кг. С увеличением объема ОбГО модуля и концентрации кислорода в атмосфере ОбГО масса установки значительно возрастает (Кузьменко К.П. и др. / «Тушение полимерных материалов газовыми огнетушащими веществами». // В сб. трудов «Вопросы горения и тушения полимерных материалов». - М.: 1989. - С. 74-83). Вывод таких установок на орбиту, а затем в точку Лагранжа в ОбГО каждого модуля ДОС, а также очистка атмосферы ОбГО от ОТВ при его применении являются чрезвычайно дорогостоящими мероприятиями. Они будут мешать использованию на борту технологического оборудования для получения высоко прибыльных научных данных, полученных в космосе.

Использование средств локального тушения газовыми ОТВ на борту КЛА проблематично из-за трудности доступа к оборудованию, особенно в приборных зонах ОбГО. При использовании пенных средств тушения (URL:http://www.secuteck.ru/articles 2/firesec/sistemi_i_sredstra_obesp_poj_bezop. Дата обращения в интернет от 27.10.2013), ОТВ которых являются электропроводными, возможен выход из строя электро- и электронного оборудования, ответственного за живучесть космонавтов и КЛА в целом, что уже наблюдалось на практике.

Затруднено выполнение комплекса организационно-технических мероприятий по осуществлению положений пожарной безопасности, установленных Федеральным закон Россиской Федерации №123-ФЗ от 22.07.2008 г. «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Выполнению оргтехмероприятий препятствует большие размеры укрупненных ДОС и МК, затрудняющих контролированиетехнического состояния материальной части ОбГО ДОС, а также значительная удаленность ДОС или МК, предназначенных для полетов в точки Лагранжа и эксплуатации данных КЛА в этих точках., от наземных и околоземных баз - складов. В случае необходимости своевременной замены в ОбГО ДОС состарившегося, изношенного или поврежденного при токовой перегрузке или загораниях оборудования, доставка запасного оборудования со значительно удаленных космических и/или наземных баз - складов является дорогостоящей операцией, выполнение которой может оказаться запоздавшей или, вообще, невыполнимой. Данное положениие требует оснащенения ОбГО КЛА ДОС и МК автоматическими системами обеспечения пожарной безопасности ASFS.

Учитывая представленные выше свойства ОбГО модулей ДОС и МК, характеризующие пожарную опасность в ОбГО, а именно, повышенную концентрацию кислорода в рабочей атмосфере ОбГО, использование большого количества КНМ, большую насыщенность гермоотсеков электрооборудованием, пожароопасную скорость вентиляционных потоков в ОбГО, удаленность ДОС от космических и/или наземных баз-складов, сложность эвакуации космонавтов из ДОС, невозможность оказания помощи извне при загораний в ОбГО, должны быть приняты меры по исключению условий возникновения пожара в традиционном понимании этого аварийного явления. При повышенной концентрации кислорода в атмосфере опасные факторы пожара при горении большого количества КНМ могут за короткое время разрушить сферу обитания в ОбГО и элементы систем, ответственных за живучесть ДОС или МК. Это подтверждается многочисленными случаями пожаров с человеческими жертвами и разрушением ОбГО (Накакуки А. / «Пожары и противопожарные мероприятия в камерах высокого давления и концентрации кислорода» // В журнале «Андзен Когаку». 1972, т. 2, №5. - С. 98-105. - 27 с. и др.).

После упомянутых пожаров, в развитых странах началось проведение исследований, направленных на разработку способов, средств и приемов по обеспечению пожарной безопасности ОбГО КЛА, которые должны быть принципиально более эффективными по сравнению с ранее используемыми. Действительно, к настоящему времени технология обеспечения пожарной безопасности указанных объектов, в частности в России, достигла высокого уровня по надежности, эффективности, экономичности, по не нарушению экологии в ОбГО КЛА. В результате теоретических и экспериментальных исследований процессов горения и тушения материалов, выполненных в том числе на космической станции «Мир» в орбитальном полете, российскими специалистами (Мелихов А.С., Потякин В.И. / В сб. трудов «О предельных условиях горения твердых веществ в невесомости». // «Химическая физика процессов горения и взрыва». Материалы IV Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 1980. - С. 48-51; «О предельных режимах горения полимеров в отсутствии естественной конвекции». / Мелихов А.С., Потякин В.И., Рыжов A.M., Иванов Б.А. // В журнале «Физика горения и взрыва», 1983, №4. - С. 27-30; «Предварительные результаты третьей серии экспериментов по исследованию горения неметаллических материалов в ЭУ «Скорость» на борту орбитальной станции «Мир»». / Иванов А.В., Алымов В.Ф., Мелихов А.С. и др. // «Proceedings of the Fifth International Microgravity Combustion Work-shop». Cleveland, Ohio. May 18-20 1999 и др.) выявлены ранее неизвестные закономерности протекания указанных процессов и обнаружены следующие ранее неизвестные показатели пожарной опасности материалов и веществ: Clim, Vlim, glim, Vlim.i, glim.i, Ilim и др., использование которых позволило разработать комплекс новых технических и организационных средств и способов обеспечения пожарной безопасности в ОбГО КЛА и ввести в практику обеспечения пожарной безопасности обитаемых гермоотсеков КЛА комплекс новых условий пожаробезопасности, сформированных на основе выявленных показателей пожарной опасности, который представляет инновационную технологию обеспечения пожарной безопасности ОбГО КЛА. Данный научно-практический результат получен за счет целенаправленного выполнения работы с видением рационального, повышенной эффективности конечного результата в части обеспечения пожарной безопасности ОбГО КЛА с помощью пассивной и активной противопожарной защиты. При этом учитывались: результаты исследований процессов горения и тушения загораний в условиях орбитального полета, результаты анализа причин возникновения и характера протекания аварийных пожароопасных ситуаций, происходивших в обитаемых гермоотсеках с обогащенной кислородом атмосферой, результаты поиска инновационных способов, средств и приемов по обеспечению пожарной безопасности ОбГО КЛА. Новые технические решения согласовывались с разработчиками КЛА и внедрялись в результате совместных работ в состав ОбГО различных КЛА для обеспечения эффективной пассивной и активной противопожарной защиты обитаемых гермоотсеков КЛА (URL:http:/www.vedomosti.ru/tech/news/27646201/nasa-svyazyvaet-zadymlenie-na-mks-s-neispravnostyu).

Для исключения возникновения в ОбГО модулей ДОС и МК разрушающих пожаров, во-первых, в ОбГО должны быть применены противопожарные пассивные конструкционные приемы по: предотвращению загораний элементов оборудования из КНМ от источников электрической природы, образующихся при аварийных ситуациях в электрооборудовании; выполнению массивных элементов из КНМ-негорючими (см. п. 4.5), устройство, по возможности, противопожарных разрывов и негорючих барьеров между массивными горючими элементами, исключающими переход горения с одного элемента на соседний в соответствии с работами (Патент России №2284203 «Способ предотвращения возникновения пожаров в обитаемых гермоотсеках космических летательных аппаратов». Авторы: Мелихов А.С., Потякин В.И. Болодьян И.А. // Приоритет от 09.04.2004. Опубл. 27.09.2006. Бюл. №27; Патент России №2410142 / «Пожаробезопасный конструкционный элемент для обитаемых гермоотсеков космических летательных аппаратов». Автор: Мелихов А.С. // Приоритет от 02.10.2008. Опубл. 27.01.2011. Бюл. №3; Патент России №2432979 / «Устройство пожаробезопасного радиоэлектронного блока для обитаемых гермоотсеков с искусственной атмосферой различного давления, обогащенной кислородом». Автор: Мелихов А.С. // Приоритет от 19.07.2010. Опубл. 10.11.2011. Бюл. №31; Патент России №2472225 / «Пожаробезопасный вентилируемый радиоэлектронный блок для обитаемых гермоотсеков с искусственной атмосферой различного давления, обогащенной кислородом». Автор: А.С. Мелихов». // Приоритет от 24.05.2011. Опубл. 10.01.2013. Бюл. №4 и др.), во-вторых, ОбГО должны быть оснащены автоматическими системами обеспечения пожарной безопасности ASFS, представляющими инновационную технологию обеспечения пожарной безопасности ОбГО указанных КЛА с помощью активных противопожарных способов. Приемы и средства, как признаки способа обеспечения пожарной безопасности ОбГО модулей ДОС и МК и устройства по его реализации, являются основой заявляемого изобретения.

В качестве аналогов заявляемого изобретения представляются следующие известные технические решения, в том числе зарубежные.

С целью обеспечения безопасности эксплуатации обитаемых гермоотсеков КЛА NASA (США) разработало отраслевой стандарт («Требования к воспламеняемости, запаху, дегазации и совместимости и процедуры испытания для материалов в средах, поддерживающих горение». / Технический стандарт NASA». NASA - STD - 6001. // Опубликован с дополнениями к ранним аналогичным документам 26.08.2011 г.). Данный в печати вариант стандарта не соответствует современному уровню развития вопроса. В документе не сформулированы требования к обеспечению пожарной безопасности ОбГО модулей КЛА, основанные на результатах исследований пожарной опасности материалов при воздействии всех основных факторов космического полета. Поэтому в стандарте не использовано большинство эффективных технических решений, на которых строится заявляемое изобретение, направленное на предотвращение возникновения и тушения пожара в гермоотсеках КЛА, и применение которых в комплексе может сделать обеспечение пожарной безопасности обитаемых гермоотсеков КЛА эффективным, надежным, экономичным. В США в 90 годов 20 века было запланировано выполнение нескольких десятков проектов, направленных на изучение процессов горения материалов в невесомости (King М.К., and Ross H.D. / Overview of the NASA Microgravity Combustion Program. // - AIAA Journal, 1998, vol. 35, no. 8, pp. 1337-1345). Значительная часть экспериментов NASA выполнело на российской ДОС «Мир». В условиях невесомости изучались процессы горения свечей, спичек, листов бумаги и др. Эксперименты носили, в основном, познавательный характер, некоторые были направлены на разработку математических моделей горения в невесомости. Результаты изучения процесса горения КНМ и методики выполнения исследований в опубликованных работах NASA приводятся крайне ограничено. Анализ некоторых приведенных результатов исследований показал, что целый ряд экспериментов был поставлен некорректно и по их результатам сделаны выводы, вызываетющие сомнения из-за недостаточно глубокого представления сути физических моделей процессов горения КНМ в невесомости и при малых g. Были представлены данные, принципиально не соответствующие данным, полученным в исследованиях российскими учеными на ДОС «Мир» в ЭУ «Скорость» - в ЭУ, являющейся в настоящее время наиболее строго обоснованной конструкционно и методически, позволяющей с высокой надежностью решать вопросы обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей КЛА.

Японским Центром микрогравитации (Ito K., Fujita О. / «Research of Ignition and Flame Spread of Solid Materials in Japan». // Proceedings of the Third International Micro-gravity Combustion Workshop, held at April 11-13, 1995, Cleveland, Ohio, 1995) проводились работы в шахте, где продолжительность эксперимента в невесомости составляла 10 с. Работы также носили, в основном, академический характер. Не известны работы китайских ученых данном направлении. Главной проблемой, стимулирующей изучение Россией, США, Японией и другими странами процесса горения материалов в невесомости, является разработка и совершенствование средств обеспечения пожарной безопасности обитаемых гермоотсеков пилотируемых КЛА. Однако нормативные документы, которые, по - видимому, были составлены на основании результатов выполненных исследовательских работ, в окрытой печати не опубликованы. Близких по сути аналогов настоящего заявляемого изобретения среди зарубежных технических решений не найдено.

Основная часть российских технических решений является новыми разработками в рамках инновационной технологии обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК с обогащенной кислородом атмосферой и оборудования, используемого в ОбГО в космическом полете.

В качестве аналога заявляемого изобретения рассматривается техническое решение, представленное патентом (Патент России №2410142 / «Пожаробезопасный конструкционный элемент для обитаемых гермоотсеков космических летательных аппаратов». Автор: Мелихов А.С. // Приоритет от 02.10.2008. Опубл. 27.01.2011. Бюл. №3). Техническое решение по данному патенту представляет собой эффективный конструкционный прием пассивной противопожарной защиты, предотвращающий горение массивных горючих элементов в крайне пожароопасных условиях - в потоке газовой среды с повышенной концентрацией кислорода. В качестве конструкционных элементов, горение которых предотвращается с помощью представляемого приема, являются, широко используемые в составе ОбГО модулей ДОС и МК протяженные, и поэтому, как правило, массивные конструкционные составляющие модулей: панели интерьеров обитаемых гермоотсеков, кабели БКС, резиновые и пластиковые шланги для систем перекачки жидкостей и окислительных и других газов, теплоизоляция трубопроводов системы терморегулирования в ОбГО, виброзвукоизолирующие покрытия и другие аналогичные элементы, в которых для выполнения их функций необходимо применение большого количества материалов (эластичных, теплоизоляционных, демпфирующих, звуковибропоглощающих). Практически каждый из указанных материалов для создания необходимых физико-механических свойств пластифицируется. В этой связи такие материалы на сегодняшний день являются, как правило, горючими, особенно, в атмосфере с повышенной концентрацией кислорода.

Сущность изобретения - аналога и представляемого в нем технического решения заключается в следующем. В горючую составную часть протяженного конструкционного элемента любого поперечного сечения, под образующими его поверхностями, которые в условиях эксплуатации ОбГО могут контактировать с движущейся в вентиляционном потоке рабочей газовой атмосферой, при изготавлении конструкционного элемента вводится огнетушащий элемент.Огнетушащий элемент изготовливают из материала негорючего в рабочей атмосфере ОбГО, не плавящегося при горении горючей составляющей конструкционного элемента, не пропитываемого расплавом нагретой при горении горючей составляющей части конструкционного элемента. Огнетушащий элемент выполнен без разрывов и расположен по всей своей площади по возможности на равном расстоянии от поверхностей горючей составляющей конструкционного элемента, которые в условиях эксплуатации ОбГО могут контактировать с движущейся в вентиляционном потоке рабочей газовой атмосферой. Конструкция и вид материалов, из которых могут быть изготовлены огнетушащие элементы для исключения возможности горения самих конструкционных элементов в ОбГО представлены в патенте России №2410142. Слои горючих материалов, расположенные между огнетушащим элементом и рабочей газовой атмосферой ОбГО, движущейся в вентиляционном потоке, должны быть выполнены минимально возможной толщины. В случае воспламенения конструкционного элемента, выполненного в соответствии с патентом России №2410142, мощным источником электрической природы такой элемент самопроизвольно потухает.

Для демонстрации эффективности действия процессов, приводящих к самопотуханию элементов, выполненных в соответствии с патентом России №2410142, на фиг. 1 и 2 представлены кадры видеозаписи процесса горения и самопотухания кабеля, сформированного из проводов МГВ ГОСТ 6323-71 с изоляцией из поливинилхлорида (ПВХ) с помощью трубки В-230 из ПВХ-кембрика МРТУ 6-05-919-63. ПВХ имеет Clim=20%. Поверх трубки В-230 размещен огнетушащий элемент, в качестве которого использован чулок электротехнический АСЭЧ(б)-6,0 ТУ 17 РСФСН 21.2-247-10-91 из стекловолокна. Поверх огнетушащего элемента надета и плотно облегает огнетушащий элемент защитно-декоративная термоусадочная трубка ТУТ-12/6 мм ТУ 2247-002-75457705-2006 из полиэтилена. Вследствие применения формирующей кабель термоусадочной трубки ТУТ-12/6 из полиэтилена, имеющего значение Clim=16-17%, данный кабель в целом является горючим не только в атмосфере ОбГО модулей КЛА с повышенной концентрацией кислорода, но и в среде нормального воздуха-при Cox=21%. Опыты для оценки условий самопотухания данного кабеля проводилось в условиях, соответствующих условиям невесомости при параметрах атмосферы, реально имеющих место в обитаемых гермоотсеках КЛА, например, в ОбГО модулей PC МКС: при концентрации кислорода в атмосфере, равной 24,8%, и скоростях газового потока, равных 10 и 12 см/с, то есть намного превышающих значение Vlim для полиэтилена, которое при Cox=24,8% равно 0,9 см/с. Для этого применялась ЭУ «Плоский канал», в котором за счет подавления естественно-конвективного движения газовой среды (Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. / «Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости». // - М.: 1972. - 393 с.) созданы условия для горения КНМ, аналогичные условиям горения в невесомости (Патент России №2318558 / «Способ определения нижнего предела горения материалов по скорости потока для условий невесомости и устройство по его реализации». Авторы: Мелихов А.С., Потякин В.И. // Приоритет от 17.04.2006. Опубл. 10.03.2008. Бюл. №7). Данные по значениям Vlim КНМ и картины горения и самопотухания образцов КНМ, полученные с помощью ЭУ «Плоский канал», находятся в хорошем соответствии с данными и условиями самопотухания, полученными с помощью ЭУ «Скорость» на станции «Мир» в условиях космического полета (Melikhov A.S., Bolodyan I.A., Potyakin V.I. et al. / «The Study Of Polymer Material Combustion In Simulated Microgravity By Physical Modeling Method». // «Proceedings of the Fifth International Microgravity Combustion Workshop». Cleveland, Ohio, May 18-20, 1999). Из кадров видеозаписи на фиг. 1 и 2 видно, что после зажигания кабеля 1 с левого торца, очаг горения 2 распространялся от места его зажигания (фиг. 1) по направлению газового потока - направо. После выгорания полиэтиленовой трубки на поверхности огнетушащего элемента в области зажигания кабеля, пламя 3 под действием потока газовой среды переходило на боковую поверхность кабеля, оставляя за собой твердый остаток (фиг. 2). Пройдя по поверхности кабеля со скоростью, равной, примерно, 0,35 см/с за время 14 с около 4,8 см от места зажигания, пламя самопроизвольно потухло. Самопотухание кабеля данной конструкции объясняется следующим. Около поверхности твердого остатка при обтекании его вентиляционным потоком, формируется пограничный слой. По мере продвижения фронта горения по элементу происходит увеличение толщины погранслоя в зоне горения. Это приводит к тому, что в зоне пламени горящего кабеля скорость потока снижалась и делалась меньше значения Vlim для полиэтилена при Cox=24,8% (см. табл. 1). Поэтому пламя, пройдя некоторое расстояние от точки зажигания кабеля, отрывалось от горящей поверхности полиэтиленовой трубки и потухало.

Главным достоинством данного технического решения является возможность обеспечения пожарной безопасности массивных конструкционных элементов за счет исключения горения их составляющих, которые по разным причинам (дефицит КНМ с необходимыми физико-механическими свойствами, дороговизна, большая плотность и др.) не могут быть изготовлены из негорючих материалов, для которых выполняется условие №1 - Clim≥Ks1·Cox.m. Создание конструкционными средствами условий для самопотухания является выходом из данного положения и наиболее эффективным пассивным средством обеспечения пожарной безопасности в орбитальном полете массивных элементов, применение которых в ОбГО КЛА необходимо для обеспечения функционирования тех или иных систем КЛА.

Недостатком данного технического решения является ограниченная его эффективность в случае тушения протяженных горючих элементов, расположенных в ОбГО под углом более 45° к направлению вентиляционного потока.

В качестве прототипа заявляемого изобретения взят патент (Патент №2076497 «Способ обеспечения пожарной безопасности обитаемых гермоотсеков космических летательных аппаратов». Авторы: Мелихов А.С., Зайцев С.Н. // Приоритет от 11.11.1994 г. Опубл. 27.03.1997. Бюл. №9) как наиболее близкий по сути из аналогов к заявляемому изобретению. Изобретение основано на технических решенииях, включающих в себя два положения: первое, техническое решение по предотвращению возникновения загораний - прием пассивной противопожарной защиты и, второе, техническое решение по локализации и тушению загораний - прием активной противопожарной защиты. Это достигаться следующим образом: «…на стадии разработки гермоотсека, в термостатированном полномасштабном макете гермоотсека, в наземных условиях, около поверхности элементов ОбГО из полимерных горючих материалов измеряют скорость вентиляционного потока в пределах динамического погранслоя в направлении, перпендикулярном поверхности элемента, а затем формируют конструкцию гермоотсека, в том числе из горючих элементов, в поле вентиляционного потока около них так, чтобы для всех элементов на расстоянии, определяемом для каждого материала из соотношения: Dm=a-b·Vlim, где Dm - расстояние от поверхности материала до фронта горения, находящегося над поверхностью материала, см; Vlim - предельная для горения материала скорость потока в невесомости, см/с; «a» и «b» эмпирические коэффициенты, выполнялось условие: Vvf<Vlim, где Vvf - скорость вентиляционного потока на расстоянии Dm от поверхности материала, см/с, а в орбитальном полете при обнаружении пожара оперативно снижают производительность вентиляционной системы до уровня, при котором скорость вентиляционного потока в местах размещения элементов из горючих материалов не превышает значения Vlim для этих материалов при лобовом обтекании горючих элементов, и 2,5 Vlim при продольном их обтекании».

Примечание. Обозначение предела горения по скорости потока Vnp, принятое в прототипе - в патенте №2076497, изменено в данном заявляемом изобретении на международное обозначение - Vlim.

Недостатком данного технического решения является сложность его реализации. Во-первых, для каждого горючего материала, а их в ОбГО ДОС или МК могут быть сотни, необходимо определить расстояние от поверхности материала до максимального значения температуры в зоне горения в зависимости от концентрации кислорода в атмосфере ОбГО ДОС. Для получения этих данных необходимо проведение сложных экспериментов, выполнение которых требует специального дорогостоящего оборудования. Во-вторых, необходимо определить скорость вентиляционного потока в области расположения ведущей кромки пламени в зоне горения элементов из всех КНМ, что также сложно и требует значительных материальных затрат.

Для этого в способе обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках Лагранжа, включающем в себя противопожарные приемы, обеспечивающие предотвращение возникновения загораний и их тушение в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, для обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, при обнаружении в обитаемом герметичном отсеке модуля с помощью соответствующих подсистем обнаружения токовой перегрузки электроцепей или появления в атмосфере обитаемого герметичного отсека продуктов пиролиза или/и продуктов горения конструкционных неметаллических материалов или веществ, как следствий возникших в обитаемом герметичном отсеке предпожароопасных ситуаций, осуществляют автоматический запуск противопожарной программы компьютера системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемом герметичном отсеке, которая выполняет прием сигналов об обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке модуля долговременной орбитальной станции или межпланетного корабля, выработку сигналов о возникновении предпожароопасных ситуаций и подачу их на звуковые и световые пожарные оповещатели, а также на пульты пожарной сигнализации модулей станции или корабля с отображением обнаруженной предпожароопасной ситуации на пультах для информирования космонавтов, и одновременно фиксирует и запоминает значение концентрации кислорода в атмосфере данного обитаемого герметичного отсека (Cox.fs, в объемных %), значение максимальной скорости вентиляционного потока в обитаемом герметичном отсеке (Vvf.m, в см/с), значение максимального ускорения силы тяжести (gsc.m, в см/с2) в обитаемом герметичном отсеке модуля, величину напряжения в аварийной цепи при аварийной ситуации (Ucir.fs, в V), поступающих от соответствующих подсистем измерения, для использования данной информации при выполнении с применением показателей горючести материалов и веществ, применяемых в аварийном обитаемом герметичном отсеке модуля, и условий обеспечения их пожаробезопасности в космическом полете, введенных в противопожарную программу компьютера системы обеспечения пожарной безопасности, команд по исключению из всех последующих операций, вырабатываемых и используемых противопожарной программой компьютера, операций по предотвращения возникновения загораний и тушения материалов и веществ, для которых выполняется условие пожаробезопасности Clim≥Ks·Сох.fs, где Clim - предельная для горения материала концентрация кислорода, учтывающая конструкционные условия применения материала, при максимальном рабочем давлении атмосферы в обитаемом герметичном отсеке долговременной орбитальной станции или межпланетного корабля, %; Ks - коэффициент безопасности; Cox.fs - значение концентрации кислорода, имеющей место в атмосфере аварийного обитаемого герметичного отсека в момент автоматического запуска противопожарной программы компьютера системы обеспечения пожарной безопасности по сигналу об обнаружении предпожароопасной ситуации, а также композиционных и других аналогичных материалов и веществ с не плавящимся при горении связующим и негорючим наполнителем, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке, связанной с токовой перегрузкой электрических цепей оборудования в герметичном отсеке, то есть при невыполнении в обитаемом герметичном отсеке условия пожаробезопасности Ilim≥Ks·Icir.fs, где Ilim - предельно допустимые значения тока в цепях электрооборудования при Cox.fs, А и Ucir.fs, V Icir.fs - значение тока в аварийной цепи электрооборудования в момент возникновения предпожароопасной ситуации, A, Ucir.fs - напряжение в перегруженной током цепи в момент возникновения предпожароопасной ситуации, V, оперативно, за счет уменьшения производительности вентиляционной системы обитаемого герметичного отсека производят снижение максимальной скорости вентиляционного потока атмосферы в обитаемом герметичном отсеке от значения Vvf.m, превышающего значения Vlim.i применяемых в герметичном отсеке материалов и веществ, до значения Vlim.i, являющегося наименьшим из всех значений Vlim.i, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного обитаемого герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов, примененных в обитаемом герметичном отсеке, для достижения газодинамического состояния в герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов и веществ Vlim.i≥Ks·Vvf.m, где Vlim.i - предельная для воспламенения материала или вещества скорость потока в невесомости при Cox.fs, см/с; vf.m - максимальная скорость вентиляционного потока в обитаемом герметичном отсеке в момент автоматического запуска противопожарной программы компьютера системы обеспечения пожарной безопасности, см/с, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке по появившимся в атмосфере данного обитаемого герметичного отсека продуктам пиролиза или/и продуктам горения материалов или веществ, оперативно, за счет уменьшения производительности вентиляционной системы обитаемого герметичного отсека производят снижение максимальной скорости вентиляционных потоков атмосферы в герметичном отсеке от значения Vvf.m, превышающего значения Vlim применяемых в герметичном отсеке материалов, до значения Vlim, являющегося наименьшим из всех значений Vlim, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов, примененных в герметичном отсеке, для достижения газодинамического состояния в герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов Vlim≥Ks·Vvf.m, где Vlim - предельная для горения материала скорость потока в невесомости при Cox.fs, см/с, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке, связанной с токовой перегрузкой электрических цепей оборудования в обитаемом герметичном отсеке и при обнаруженном наличии в герметичном отсеке в данный момент ускорения силы тяжести gsc.m, превышающего значения glim.i для материалов и веществ, примененных в аварийном обитаемом герметичном отсеке, определенных при Cox.fs, оперативно, с помощью работы реактивных двигателей управления ориентацией ДОС или МК и торможения ее движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью, производят снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значения glim.i, являющегося наименьшим из всех значений glim.i, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов и веществ, примененных в обитаемом герметичном отсеке, для достижения гравитационного состояния в обитаемом герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов и веществ glim.i≤Ks·gsc.m, где glim.i - предельное для воспламенения материала или вещества значение ускорения силы тяжести, см/с2, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке по появившимся в атмосфере обитаемого герметичного отсека продуктам пиролиза или/и продуктам горения материалов и веществ, обнаруженным с помощью соответствующей подсистемы обнаружения предпожароопасной ситуации и при обнаруженном наличии в герметичном отсеке в данный момент ускорения силы тяжести gsc.m, превышающего значения glim для материалов и веществ, примененных в аварийном обитаемом герметичном отсеке, определенных при Cox.fs, оперативно, с помощью работы реактивных двигателей управления ориентацией станции или корабля и торможения их движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью, производят снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значения glim, являющегося наименьшим из всех значений glim, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов и веществ, примененных в герметичном отсеке, для достижения гравитационного состояния в герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов glim≤Ks·gsc.m, где glim - предельное для горения материала или вещества значение ускорения силы тяжести, см/с2, при обнаруженном наличии в герметичном отсеке ускорения силы тяжести gsc.m, превышающего значения glim.i для материалов и веществ, примененных в аварийном обитаемом герметичном отсеке, и определенных при Cox.fss, снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значений glim.i и glim производят одновременно со снижением скорости вентиляционных потоков атмосферы в герметичном отсеке со значения Vvf.m до значений Vlim.i и Vlim, являющимися наименьшими из всех значений Vlim.i и Vlim, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов и веществ, примененных в герметичном отсеке, при выполнении условий пожаробезопасного применения материалов, а также условий пожаробезопасности для обитаемых герметичных отсеков долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей в целом, время снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значений glim.i и glim за счет работы реактивных двигателей управления ориентацией станций и кораблей и торможения их движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью не должно превышать времени снижения за счет вязкостных сил скорости вентиляционных потоков атмосферы в обитаемом герметичном отсеке со значения Vvf.m до значений Vlim.i и Vlim.

Для этого в устройстве для реализации способа обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках Лагранжа, содержащем измеритель скорости вентиляционного потока около поверхности горючих элементов из конструкционных неметаллических материалов в полномасштабном термостатированном макете обитаемого герметичного отсека модуля космического летательного аппарата в наземных условиях, систему обнаружения пожара в обитаемом герметичном отсеке и средство управления производительностью вентиляционной системы для снижения скорости вентиляционного потока в обитаемом герметичном отсеке в месте расположения элементов из горючих материалов до определенных значений, система обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, выполнена автоматической и состоит из трех частей, представляющих собой комплексы составляющих, объединенных в единую систему, управляемую противопожарной программой компьютера указанной автоматической системы обеспечения пожарной безопасности, включающей в себя, во-первых, блок подсистем, предназначенных для определения параметров, характеризующих свойства атмосферы, газодинамические и гравитационные условия в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, отражающих в себе концентрацию кислорода в атмосфере обитаемого герметичного отсека модуля, максимальную, независимо от места существования в объеме обитаемого герметичного отсека, скорость вентиляционного потока в отсеке модуля, максимальное значение ускорения силы тяжести в обитаемом герметичном отсеке модуля, а также средства обнаружения предпожароопасных ситуаций в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, во-вторых, компьютер управления работой автоматической системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, в-третьих, интерфейсы компьютера, через которые команды, выработанные компьютером, передают на подсистемы, а затем на устройства и системы модулей станции или корабля для информирования экипажа о возникновении предпожароопасных ситуаций и выполнения комплекса технических мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, при этом в состав первой части системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, включены подсистемы обнаружения возникновения предпожароопасных ситуаций посредством обнаружения токовой перегрузки электроцепей оборудования в обитаемом герметичном отсеке или/и посредством обнаружения появления в атмосфере аварийного обитаемого герметичного отсека продуктов пиролиза или/и продуктов горения конструкционных неметаллических материалов или веществ, как следствия возникшей в обитаемом герметичном отсеке предпожароопасной ситуации, обе подсистемы обнаружения возникновения предпожароопасных ситуаций соединены с компьютером управления работой автоматической системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей станции или корабля для осуществления запуска противопожарной программы компьютера от сигнала, пришедшего в компьютер из любой упомянутой подсистемы обнаружения предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке, последующего определения и запоминания для дальнейшего оперативного использования при выполнении мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний по командам, выработанным компьютером с помощью введенных в его постоянную память соотношений, отражающих условия пожаробезопасности, которые должны выполняться для обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, а также перечней конструкционных неметаллических материалов и веществ, примененных в оборудовании обитаемого герметичного отсека каждого модуля, со значениями показателей их пожарной опасности, определенных для условий космического полета с учетом конструкционных условий применения материалов и предельно допустимых значений тока в цепях электрооборудования в зависимости от напряжения в цепи и концентрации кислорода в атмосфере обитаемого герметичного отсека каждого модуля станции или корабля, при этом компьютер с противопожарной программой через интерфейсные выходы соединен с подсистемами третьей части автоматической системы обеспечения пожарной безопасности, осуществляющими по командам, выработанным компьютером, отображение обнаруженной предпожароопасной ситуации на пультах в обитаемых герметичных отсеках модулей для информирования экипажа о возникшей предпожароопасной ситуации и выполнение комплекса технических мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках.

Определение показателей пожарной опасности КНМ, приведенных в табл. 1 (Clim, Vlim., Vlim.i, glim, glim.i), является намного менее трудоемкостным, чем определение параметров, необходимых для реализации прототипа заявляемого изобретения. Перечисленные показатели могут быть установлены с помощью простых методов непосредственного определения (Clim) и с помощью методов физического моделирования горения в невесомости в наземных условиях, разработанных с учетом результатов исследований процесса горения КНМ на борту орбитальной станции «Мир» в ЭУ «Скорость».

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа и автоматического устройства для обеспечения пожарной безопасности обитаемых гермоотсеков модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках. При этом используются приемы обеспечения пожарной безопасности, действующие в соответствии с инновационной технологией, применение которой обеспечивает предотвращение возникновения загораний материалов и веществ и тушение возможных загораний без применения огнетушащих веществ, а за счет использования физических явлений, проявляющиеся при горении и обеспечивающих самопотухание материалов и веществ в условиях орбитального полета, выявленных в результате фундаментальных исследований процессов воспламенения, горения, тления материалов, скорости развития и тушения загораний в условиях ОбГО КЛА. Так достигается высокая надежность и эффективность в осуществлении предотвращения возникновения загораний и минимизации времени их тушения, обеспечивается экономичность и экологическая состоятельность способа и реализуемого его устройства. При данном подходе пожарная безопасность ОбГО достигается с обеспечением максимальной компактности, минимизации массы элементов и составляющих системы ASFS, с минимальным потребление ею электроэнергии. Это практически полностью исключает помехи в использовании на борту ДОС научного и производственного оборудования с целенаправленным назначением для космических исследований. При применении данного способа и устройства по его реализации стоимость обеспечения пожарной безопасности ОбГО модулей ДОС и МК повышается незначительно. В этом состоит новизна и практическая ценность заявляемого изобретения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, включающем в себя противопожарные приемы, обеспечивающие предотвращение возникновения загораний и их тушение в обитаемых герметичных отсеках указанных космических летательных аппаратов, основанные на использовании физических явлений, проявляющихся при протекании процессов воспламенения, горения и самопотухания загораний материалов и веществ в космическом полете, для обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, при обнаружении в обитаемом герметичном отсеке модуля с помощью соответствующих подсистем обнаружения токовой перегрузки электроцепей или появления в атмосфере обитаемого герметичного отсека продуктов пиролиза или/и продуктов горения конструкционных неметаллических материалов или веществ, как следствий возникших в обитаемом герметичном отсеке предпожароопасных ситуаций, осуществляют автоматический запуск противопожарной программы компьютера системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемом герметичном отсеке, которая выполняет прием сигналов об обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке модуля долговременной орбитальной станции или межпланетного корабля, выработку сигналов о возникновении предпожароопасных ситуаций и подачу их на звуковые и световые пожарные оповещатели, а также на пульты пожарной сигнализации модулей станции или корабля с отображением обнаруженной предпожароопасной ситуации на пультах для информирования космонавтов, и одновременно фиксирует и запоминает значение концентрации кислорода в атмосфере данного обитаемого герметичного отсека (Cox.fs, в объемных %), значение максимальной скорости вентиляционного потока в обитаемом герметичном отсеке (Vvf.m, в см/с), значение максимального ускорения силы тяжести (gsc.m, в см/с) в обитаемом герметичном отсеке модуля, величину напряжения в аварийной цепи при аварийной ситуации (Ucir.fs, в V), поступающих от соответствующих подсистем измерения, для использования данной информации при выполнении с применением показателей горючести материалов и веществ, применяемых в аварийном обитаемом герметичном отсеке модуля, и условий обеспечения их пожаробезопасности в космическом полете, введенных в противопожарную программу компьютера системы обеспечения пожарной безопасности, команд по исключению из всех последующих операций, вырабатываемых и используемых противопожарной программой компьютера, операций по предотвращению возникновения загораний и тушения материалов и веществ, для которых выполняется условие пожаробезопасности Clim≥Ks·Cox.fs, где Clim - предельная для горения материала концентрация кислорода, учтывающая конструкционные условия применения материала, при максимальном рабочем давлении атмосферы в обитаемом герметичном отсеке долговременной орбитальной станции или межпланетного корабля, %; Ks - коэффициент безопасности; Cox.fs - значение концентрации кислорода, имеющей место в атмосфере аварийного обитаемого герметичного отсека в момент автоматического запуска противопожарной программы компьютера системы обеспечения пожарной безопасности по сигналу об обнаружении предпожароопасной ситуации, а также композиционных и других аналогичных материалов и веществ с не плавящимся при горении связующим и негорючим наполнителем, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке, связанной с токовой перегрузкой электрических цепей оборудования в герметичном отсеке, то есть при невыполнении в обитаемом герметичном отсеке условия пожаробезопасности Ilim≥Ks·Icir.fs, где Ilim - предельно допустимые значения тока в цепях электрооборудования при Cox.fs, А и Ucir.fs, V; Icir.fs - значение тока в аварийной цепи электрооборудования в момент возникновения предпожароопасной ситуации, A, Ucir.fs - напряжение в перегруженной током цепи в момент возникновения предпожароопасной ситуации, V, оперативно, за счет уменьшения производительности вентиляционной системы обитаемого герметичного отсека производят снижение максимальной скорости вентиляционного потока атмосферы в обитаемом герметичном отсеке от значения Vvf.m, превышающего значения Vlim.i применяемых в герметичном отсеке материалов и веществ, до значения Vlim.i, являющегося наименьшим из всех значений Vlim.i, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного обитаемого герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов, примененных в обитаемом герметичном отсеке, для достижения газодинамического состояния в герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов и веществ Vlim.i≥Ks·Vvf.m, где Vlim.i - предельная для воспламенения материала или вещества скорость потока в невесомости при Cox.fs, см/с; Vvf.m - максимальная скорость вентиляционного потока в обитаемом герметичном отсеке в момент автоматического запуска противопожарной программы компьютера системы обеспечения пожарной безопасности, см/с, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке по появившимся в атмосфере данного обитаемого герметичного отсека продуктам пиролиза или/и продуктам горения материалов или веществ, оперативно, за счет уменьшения производительности вентиляционной системы обитаемого герметичного отсека производят снижение максимальной скорости вентиляционных потоков атмосферы в герметичном отсеке от значения Vvf.m, превышающего значения Vlim применяемых в герметичном отсеке материалов, до значения Vlim, являющегося наименьшим из всех значений Vlim, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов, примененных в герметичном отсеке, для достижения газодинамического состояния в герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов Vlim≥Ks·Vvf.m, где Vlim - предельная для горения материала скорость потока в невесомости при Cox.fs, см/с, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке, связанной с токовой перегрузкой электрических цепей оборудования в обитаемом герметичном отсеке и при обнаруженном наличии в герметичном отсеке в данный момент ускорения силы тяжести gsc.m, превышающего значения glim.i для материалов и веществ, примененных в аварийном обитаемом герметичном отсеке, определенных при Cox.fs, оперативно, с помощью работы реактивных двигателей управления ориентацией ДОС или МК и торможения ее движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью, производят снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значения glim.i, являющегося наименьшим из всех значений glim.i, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов и веществ, примененных в обитаемом герметичном отсеке, для достижения гравитационного состояния в обитаемом герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов и веществ glim.i≤Ks·gsc.m, где glim.i - предельное для воспламенения материала или вещества значение ускорения силы тяжести, см/с2, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке по появившимся в атмосфере обитаемого герметичного отсека продуктам пиролиза или/и продуктам горения материалов и веществ, обнаруженным с помощью соответствующей подсистемы обнаружения предпожароопасной ситуации и при обнаруженном наличии в герметичном отсеке в данный момент ускорения силы тяжести gsc.m, превышающего значения glim для материалов и веществ, примененных в аварийном обитаемом герметичном отсеке, определенных при Cox.fs, оперативно, с помощью работы реактивных двигателей управления ориентацией станции или корабля и торможения их движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью, производят снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значения glim, являющегося наименьшим из всех значений glim, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов и веществ, примененных в герметичном отсеке, для достижения гравитационного состояния в герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов glim≤Ks·gsc.m, где glim - предельное для горения материала или вещества значение ускорения силы тяжести, см/с2, при обнаруженном наличии в герметичном отсеке ускорения силы тяжести gsc.m, превышающего значения glim.i для материалов и веществ, примененных в аварийном обитаемом герметичном отсеке, и определенных при Cox.fs, снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значений glim.i и glim производят одновременно со снижением скорости вентиляционных потоков атмосферы в герметичном отсеке со значения Vvf.m до значений Vlim.i и Vlim, являющимися наименьшими из всех значений Vlim.i и Vlim, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов и веществ, примененных в герметичном отсеке, при выполнении условий пожаробезопасного применения материалов, а также условий пожаробезопасности для обитаемых герметичных отсеков долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей в целом, время снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значений glim.i и glim за счет работы реактивных двигателей управления ориентацией станций и кораблей и торможения их движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью не должно превышать времени снижения за счет вязкостных сил скорости вентиляционных потоков атмосферы в обитаемом герметичном отсеке со значения Vvf.m до значений Vlim.i и Vlim.

Технический результат заявляемого изобретения в отношении устройства для обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, содержащего измеритель скорости вентиляционного потока около поверхности горючих элементов из конструкционных неметаллических материалов в полномасштабном термостатированном макете обитаемого герметичного отсека модуля космического летательного аппарата в наземных условиях, систему обнаружения пожара в обитаемом герметичном отсеке и средство управления производительностью вентиляционной системы для снижения скорости вентиляционного потока в обитаемом герметичном отсеке в месте расположения, элементов из горючих материалов до определенных значений, достигается тем, что система обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, выполнена автоматической и состоит из трех частей, представляющих собой комплексы составляющих, объединенных в единую систему, управляемую противопожарной программой компьютера указанной автоматической системы обеспечения пожарной безопасности, включающей в себя, во - первых, блок подсистем, предназначенных для определения параметров, характеризующих свойства атмосферы, газодинамические и гравитационные условия в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, отражающих в себе концентрацию кислорода в атмосфере обитаемого герметичного отсека модуля, максимальную, независимо от места существования в объеме обитаемого герметичного отсека, скорость вентиляционного потока в отсеке модуля, максимальное значение ускорения силы тяжести в обитаемом герметичном отсеке модуля, а также средства обнаружения предпожароопасных ситуаций в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, во-вторых, компьютер управления работой автоматической системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, в-третьих, интерфейсы компьютера, через которые команды, выработанные компьютером, передают на подсистемы, а затем на устройства и системы модулей станции или корабля для информирования экипажа о возникновении предпожароопасных ситуаций и выполнения комплекса технических мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, при этом в состав первой части системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, включены подсистемы обнаружения возникновения предпожароопасных ситуаций посредством обнаружения токовой перегрузки электроцепей оборудования в обитаемом герметичном отсеке или/и посредством обнаружения появления в атмосфере аварийного обитаемого герметичного отсека продуктов пиролиза или/и продуктов горения конструкционных неметаллических материалов или веществ, как следствия возникшей в обитаемом герметичном отсеке предпожароопасной ситуации, обе подсистемы обнаружения возникновения предпожароопасных ситуаций соединены с компьютером управления работой автоматической системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей станции или корабля для осуществления запуска противопожарной программы компьютера от сигнала, пришедшего в компьютер из любой упомянутой подсистемы обнаружения предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке, последующего определения и запоминания для дальнейшего оперативного использования при выполнении мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний по командам, выработанным компьютером с помощью введенных в его постоянную память соотношений, отражающих условия пожаробезопасности, которые должны выполняться для обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, а также перечней конструкционных неметаллических материалов и веществ, примененных в оборудовании обитаемого герметичного отсека каждого модуля, со значениями показателей их пожарной опасности, определенных для условий космического полета с учетом конструкционных условий применения материалов и предельно допустимых значений тока в цепях электрооборудования в зависимости от напряжения в цепи и концентрации кислорода в атмосфере обитаемого герметичного отсека каждого модуля станции или корабля, при этом компьютер с противопожарной программой через интерфейсные выходы соединен с подсистемами третьей части автоматической системы обеспечения пожарной безопасности, осуществляющими по командам, выработанным компьютером, отображение обнаруженной предпожароопасной ситуации на пультах в обитаемых герметичных отсеках модулей для информирования экипажа о возникшей предпожароопасной ситуации и выполнение комплекса технических мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках.

Заявляемое изобретение поясняется следующими фигурами.

На фиг. 1 и 2 представлены кадры видеозаписи процесса горения и самопотухания в условиях, соответствующих условиям невесомости, кабеля, выполнененного в соответствии с рекомендациями патента России №2410142. Самопотухание кабеля данной конструкции в потоке газовой окислительной среды происходит вследствие наличия в кабеле огнетушащего элемента. На фиг. 3 и 4 показаны кадры видеозаписи процесса горения и самопотухания элементов из органического стекла СО-120 (фиг. 3) и полиэтилена (фиг. 4). Видеозаписи данных экспериментов сделаны при исследовании процессов горения КНМ и их тушения в ЭУ «Скорость» на борту российской ДОС «Мир» в орбитальном полете. В этом случае загорание прекратилось за счет снижения скорости вентиляционного потока ниже пределов горения КНМ по скорости потока. На фиг. 5 показано расположение точек Лагранжа в системе «Солнце-Земля» с массами, обозначенными условно как: M1 (Солнце) и М2 (Земля). На фиг. 6 показана схема движения космического аппарата в точках Лагранжа по квазипериодическим орбитам, имеющим форму фигур Лиссажу, что происходит в случае гравитационного влияния на космический аппарат других тел, например, тел Солнечной системы. На фиг. 7 треугольниками на линиях сечения эквипотенциальных поверхностей векторного гравитационного поля вокруг точек L4 и L5 выделены области скопления тел вокруг точек Лагранжа L4 и L5. На фиг. 8 приведена блок-схема устройства ASFS, поясняющая структуру системы и технологию обеспечения пожарной безопасности для ОбГО модулей ДОС и МК. На фиг. 9 представлены обозначения элементов, приведенных на блок-схеме, показанной на фиг.8.

Разработка заявляемого изобретения основывается на результатах фундаментальных научных исследований, представленных в работах («Предварительные результаты третьей серии экспериментов по исследованию горения неметаллических материалов в ЭУ «Скорость» на борту орбитальной станции «Мир»». / Иванов А.В., Алымов В.Ф., Мелихов А.С. и др. // «Proceedings of the Fifth International Microgravity Combustion Workshop». Cleveland, Ohio. May 18-20 1999; Болодьян И.А., Иванов A.B., Мелихов А.С. / «Горение твердых неметаллических материалов в условиях микрогравитации». // «Материалы 5-го симпозиума «Азия - Океания» по науке и технике пожара», г. Ньюкасл, Австралия, 3-6 декабря 2001. - С. 195-204; Болодьян И.А., Жевлаков А.Ф., Мелихов А.С. / «О расчете предельных условий горения полимерных материалов» // В сб. трудов «Пожарная профилактика». - М.: ВНИИПО МВД СССР. 1977. - Вып. 13. - С. 81-88; «Фундаментальные основы обеспечения пожаровзрыво-безопасности объектов долговременных научно-исследовательских и промышленных баз, создаваемых на Луне и на Марсе» / Мелихов А.С., Николаев В.М., Иванов А.В., Ребров С.Г. / «Актуальные проблемы пожарной безопасности: Тезисы докладов XXI Международной научно-практической конференции», - ч. 1. - М.: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 19-20 мая 2009 г. - С. 35-40; «Результаты экспериментального исследования горения материалов в космосе» // Иванов А.В., Балашов Е.В., Андреева Т.В., Мелихов А.С. и др. // National Aeronautics and Space Administration. Glenn Research Center. NASA/CR-1999-209405. November 1999. - 54 с. и др.).

На основании результатов выполненных исследований разработана инновационная технология обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК, предназначенных для полетов и эксплуатации в точках Лагранжа планетных и звездных космических систем, осуществляемая с помощью заявляемых способа и устройства для реализации способа. Необходимость противопожарной защиты любого критически важного объекта с помощью применения инновационных технологий является требованием статьи 5ФЗ№123-ФЗ от 22.07.2008 г. Соответствующие технические решения разработанной технологии отражены в формуле данного заявляемого изобретения.

Наиболее надежным способом обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК в космическом полете является использование в составе конструкций и оборудования ОбГО негорючих материалов, для которых выполняется условие пожаробезопасности №1 - Clim≥Ks1·Cox.m с учетом конструкционных условий применения материалов.

Негорючими в обогащенной кислородом атмосфере ОбГО КЛА считаются материалы, для которых:

- в орбитальном полете: если выполняется условие Clim≥Ks1·Cox.m, в противном случае, если, во-первых, давление газовой атмосферы (Patm) в обитаемом гермоотсеке КЛА превышает 2,5 kPA и, во-вторых, выполняются условия пожаробезопасности: glim≥Ks4·gsc.m и Vlim≥Ks2·Vvf.m;

- на активных участках (во время стартового разгона или торможения КЛА) выполняется условие пожаробезопасности Clim≥Ks1·Cox.m, в противном случае, когда в обитаемом гермоотсеке КЛА текущее ускорение силы тяжести gsc.m превышает величину 981 см/с2, и выполняется условие glim≥Ks4·gsc.m.

Исследование горючести (значений Clim, Vlim и др.) около 600 наименований КНМ, входящих в ограничительные перечни предприятий-производителей пилотируемых КЛА показало, что 75-80% элементов из этих материалов с необходимыми для создания ОбГО КЛА физико - механическими, физико-химическими, электротехническими, экологическими и другими практически важными свойствами, являются горючими в условиях ОбГО, для которых характерно применение обогащенной кислородом атмосферы. Данное положениие требует оснащенения ОбГО КЛА ДОС и МК системами ASFS.

Проведенными исследованиями (Борисов B.C. / «Зажигание изоляционных полимерных материалов низковольтными электрическими разрядами в обогащенных кислородом средах». // Канд. дисс. - М.: МИХМ, 1984. - 170 с.) установлено, что для каждого горючего КНМ характерно наличие значения зажигающего тока Iig при воздействии на элемент электрического разряда. Наличие значения Iig у КНМ при зажигании их электрическим разрядом явилось основанием для разработки условий предотвращения возникновения загораний в ОбГО ДОС и МК. При этом учитывалось, что электрический разряд является наиболее пожаробезопасным источником зажигания электрической природы. Зажигание КНМ от электрического разряда происходит при токах меньших, чем, например, зажигающие токи короткого замыкания в аварийной электроцепи, нагретый элемент которой воздействует на КНМ (Калинкин В.И., Мелихов А.С, Потякин В.И. / «Исследование способности материалов к воспламенению от нагретых проводников». //В сб. трудов «Вопросы горения и тушения материалов в обогащенных кислородом средах». Вып. 2. - М.: ВНИИПО, 1977. - С. 48-55). По значению зажигающего тока Iig, с учетом погрешности методики определения этого значения, установлены предельно допустимые (пожаробезопасные) значения тока в цепях электрооборудования - Ilim, при которых и ниже которых предотвращается зажигание любых материалов при воздействии на них электрических разрядов. Значение показателя Ilim в зависимости от концентрации кислорода в атмосфере ОбГО (Сох) и напряжения в цепи (Ucir) приведены в табл. 2. Предотвращение возникновения загораний КНМ в ОбГО ДОС и МК от электрических источников зажигания должно достигаться выполнением условия пожаробезопасности Ilim≥Ks6·Icir.fs. Значения токов в цепях ОбГО в штатном и аварийном состояниях электрооборудования должны ограничиваться пожаробезопасными значениями Ilim, приведенными в табл. 2. При обнаружении предпожароопасной ситуации в ОбГО с помощью подсистемы 33 ASFS (см. фиг. 8 и 9) по токовой перегрузке электроцепей в ОбГО модулей ДОС и МК, должны быть оперативно выработаны компьютером 28 команды (в течение времени, не большем, чем 1 с) на снижение значения скорости потока атмосферы в ОбГО - до значения Vlim.i и ускорения силы тяжести-до значения glim.i. При выработке команд должны быть использованы значения Vlim.i и glim.i, относящиеся к КНМ (см. табл. 1), у которых эти значения являются наименьшими при концентрации кислорода Cox.fs в атмосфере ОбГО, которая должна быть зафиксирована подсистемой 29 и передана в оперативную память компьютера 28 в момент обнаружения предпожароопасной аварийной ситуации подсистемой 33 для дальнейшего оперативного использования при выполнении мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в ОбГО ДОС.

В настоящее время значения показателей Ilim (см. табл. 2), определенные для легковоспламеняющихся КНМ в зависимости от Cox и напряжения в цепи - Ucir, являются универсальными. Пока не требуется их нового определения применительно к условиям ОбГО ДОС и МК.

Таблица. 2. Предельно допустимые (пожаробезопасные) значения тока в цепях электрооборудования в зависимости от напряжения в цепи и концентрации кислорода в атмосфере ОбГО модуля ДОС и МК.

При токах, равных или меньших значений, представленных в табл.2, обеспечивается общепринятая нормативная вероятность невоспламенения, равная величине около 0,999999 (ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования»). При таком значении вероятности загорание легковоспламеняющихся материалов при воздействии на них электрического разряда с параметрами, указанными в табл.2, маловероятно. Из табл.2 видно, что предельно допустимые (пожаробезопасные) значения тока достаточно велики, поскольку в ОбГО современных российских КЛА, в том числе в ОбГО модулей PC МКС, напряжение в цепях электрооборудования принято равным не более 34 V (Справочник пользователя. Российский сегмент МКС.ОАО РКК «Энергия» им. С.П. Королева).

Зависимости пожаробезопасных токов Ilim от Cox в атмосфере ОбГО и значений Ucir в цепях электрооборудования ОбГО, представленные в табл.2, должны быть введены в постоянную память компьютера ASFS для использования их при формировании команд по предотвращению возникновения загораний, как результата работы под управлением противопожарной программы системы ASFS: подсистемы 33, компьютера 28, подсистемы 42 (см. фиг. 8 и 9). При превышении нормативного значения тока, определенного с учетом зафиксированных значений Ucir и Cox, согласно технологии, заложенной в ASFS, осуществляется запуск противопожарной программы компьютера 28 системы ASFS в ОбГО, и с помощью подсистемы 42 производятся технологические операции, направленые на предотвращение возникновения загораний от источников электрической природы за счет снижения скорости потока атмосферы - до значения Vlim.i, и ускорения силы тяжести-до значения glim.i. Аварийные значения тока Icir.fs и напряжения Ucir.fs в аварийных цепях могут определяться с помощью малогабаритных унифиццированных трансформаторов тока и напряжения 39 с применением преобразователей, входящих например, в состав подсистемы 33 системы ASFS.

Учитывая положение и возможность временного отсутствия членов экипажа в данном ОбГО модуля КЛА при возникновении в нем загорания, ОбГО модулей ДОС и МК должны оснащаться автоматическими системами обеспечения пожарной безопасности-ASFS.

В представленных обобщающих данных о горючести КНМ из ограничительных перечней предприятий - производителей пилотируемых КЛА показано, что обеспечить пожарную безопасность конструкций ОбГО модулей КЛА, а также служебного, производственного и научного оборудования, предназначенного для применения в ОбГО модулей КЛА, с использованием только КНМ, негорючих в обогащенной кислородом атмосфере, пока не удается. Доля негорючих КНМ в ограничительных перечнях предприятий-производителей пилотируемых КЛА по количеству не превышает 20-25% от общего количества КНМ, применяемых КНМ в ОбГО КЛА. В то же время, физические модели процессов горения и самопотухания материалов, сформированные на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований, позволили разработать целый ряд разнообразных технических решений с помощью которых исключается возможность горения элементов из горючих КНМ в составе конструкций, что существенно ограничивает размеры зон потенциально возможного пожара, время его существования, и, следовательно, существенно ограничивают уровни опасных факторов пожара в ОбГО. Эти технические решения отражены в следующих работах (Патент России №2410142/ «Пожаробезопасный конструкционный элемент для обитаемых гермоотсеков космических летательных аппаратов». Автор: Мелихов А.С. // Приоритет от 02.10.2008. Опубл. 27.01.2011. Бюл. №3; Мелихов А.С., Иванов А.В., Ребров С.Г. / «Роль излучения тепла из диффузионного пламени частицами сажи в процессе потухания пожара в условиях невесомости». // «Актуальные проблемы пожарной безопасности»: Тезисы докладов XXI Международной научно-практической конференции, - ч. 1. - М.: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 19-20 мая 2009 г. - С. 22-27; Патент России №2432979 / «Устройство пожаробезопасного радиоэлектронного блока для обитаемых гермоотсеков с искусственной атмосферой различного давления, обогащенной кислородом». Автор: Мелихов А.С. // Приоритет от 19.07.2010. Опубл. 10.11.2011. Бюл. №31; Патент России №2472225 / «Пожаробезопасный вентилируемый радиоэлектронный блок для обитаемых гермоотсеков с искусственной атмосферой различного давления, обогащенной кислородом». Автор: Мелихов А.С. // Приоритет от 24.05.2011. Опубл. 10.01.2013. Бюл. №4; Патент России №2284203 / «Способ предотвращения возникновения пожаров в обитаемых гермоот-секах космических летательных аппаратов». Авторы: Мелихов А.С., Потякин В.И., Болодьян И.А. // Приоритет от 09.04.2004. Опубл. 27.09.2006. Бюл. №27; Мелихов А.С. / «Обеспечение пожарной безопасности в помещениях с повышенной концентрацией кислорода в воздухе». // Приложение к журналу «Химическое и нефтяное машиностроение». - М.: 1993. - С. 23-25 и др.). В тоже время, в ОбГО ДОС и МК применяется большое количество разнообразного оборудования, включающее в себя сотни элементов из горючих КНМ. Оборудование ОбГО КЛА разрабатывается многочисленными предприятиями, многие из которых не владеют современной инновационной технологией обеспечения пожарной безопасности ОбГО КЛА. В организационно-техническом отношении такое положение крайне затрудняет разработку всех составляющих оборудования ОбГО КЛА пожаробезопасными с высоким уровнем надежности. Практика подтверждает, что при обстоятельствах, изложенных ранее, исключить пожарную нагрузку в ОбГО КЛА пока невозможно.

В этой связи обеспечение пожарной безопасности ОбГО ДОС и МК с надежностью, может быть достигнуто за счет оснащения ОбГО этих КЛА автоматическими системами обеспечения пожарной безопасности - ASFS, устройство которой отражено в отличительной части формулы заявляемого изобретения.

5.7. Устройство ASFS должно обеспечивать выполнение условия пожаробезопасности:

где -время достижения среднеобъемного значения - Tlim в ОбГО модулей КЛА при пожаре, с; τdet.f - время обнаружения пожара, с; τfir.m - максимальное время тушения пожара, осуществляемого средствами, предусмотренными при работе автоматической системы обеспечения пожарной безопасности ASFS, с.

Для оценки значения разработаны расчетно-экспериментальные модели, представленые в работе («Расчетно-экспериментальные исследования горения полимерных материалов в замкнутых объемах при повышенной концентрации кислорода в атмосфере» / Попов A.M., Николаев В.М., Мелихов А.С., Болодьян И.А. // В сб. трудов «Вопросы горения и тушения полимерных материалов в обогащенных кислородом средах». - М.: ВНИИПО. Вып. 2. - 1977. - С. 31-38). Для проверки достоверности раз-работаной расчетно-экспериментальные модели значения определялись расчетным и экспериментальным способами для ОбГО ГПК «Союз-Т», целевого модуля «Природа» ДОС «Мир», корабля многоразового использования «Буран». Опыты проводились в полномасштабных термостатированных макетах гермоотсеков изделий, в наземных условиях с горением элементов из КНМ (органическое стекло /полиметилметакрилат-ПММА/), пенополиуретан, интерьерные материалы) и с применением электрического теплового имитатора пожара. Сравнение полученных зависимостей температуры среды при пожаре внутри гермоотсеков от времени показало на удовлетворительное соответствие расчетных и экспериментальных данных.

Анализ показал, что установление факта выполнения условия пожаробезопасности №7 (соотношение 1) в рамках работы автоматической системы обеспечения пожарной безопасности ASFS не реально из-за невозможности достаточно точной оценки значения . Причиной этого является невозможность оценки зависимости скорости тепловыделения в очагах загораний в объеме ОбГО от времени, по которой определяется значение . Скорость тепловыделения в очаге загорания в объеме ОбГО КЛА во времени может меняться непредсказуемо. Причиной этого является многочисленность элементов из горючих КНМ в ОбГО, сложность конструкций ОбГО и неопределенность, поэтому места возникновения загораний и путей распространения фронта горения. На скорость тепловыделения в ОбГО влияют: скорость распространения фронта горения по КНМ, массовая скорость выгорания КНМ, которые неопределенным образом зависят в невесомости от направления потока газовой среды по отношению к направлению распространения фронта горения. Разрывы между элементами из горючих КНМ еще более случайно и неопределенно влияют в невесомости на скорость тепловыделения при развитии загорания.

Логически найден следующий способ обеспечения пожарной безопасности ОбГО модулей ДОС и МК, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках без прямого выполнения условия пожаробезопасности №7 и оценки значения . Технические решения данного заявляемого изобретения, представляемые автоматической системой ASFS, имеют две подсистемы обнаружения предпожароопасных ситуаций в ОбГО модулей ДОС и МК: 32 и 33 (см. фиг. 8 и 9), которые осуществляют обнаружение предпожароопасных ситуаций в ОбГО по токовой перегрузке электроцепей в оборудовании ОбГО (подсистема 33) и по появлению в атмосфере ОбГО продуктов пиролиза или/и продуктов горения КНМ, (подсистема 32). Требования к элементной базе подсистем 32 и 33 обеспечивают минимальные на данное состояние развития техники времена обнаружения предпожароопасных ситуаций - τdet.f в условиях ОбГО модулей ДОС и МК. Кроме этого, устройство системы ASFS и заложенные в ней функции обеспечивает тушение загораний в ОбГО модулей ДОС и МК двумя способами, которые реализуются подсистемами 41 и 42 (см. фиг.8 и 9), во-первых, посредством оперативного снижения производительности вентиляционных систем (при помощи подсистемы 42) для снижения максимальной скорости вентиляционного потока атмосферы в ОбГО от значения Vvf.m до значения Vlim, являющимся наименьшим из всех значений Vlim, определенных при испытании всех КНМ, примененных в конструкциях данного ОбГО, при концентрации кислорода в атмосфере данного ОбГО, равной Cox.fs, во-вторых, с помощью оперативного снижения ускорения силы тяжести gsc.m с помощью работы реактивных двигателей в направлении и с тягой, снижающими наведенное в ОбГО модулей ДОС и МК, например, внешней гравитационной силой, gsc. Должно быть предусмотрено торможение как поступательного ускоряющегося движения ДОС и МК, так и вращательного движения ДОС и МК или отдельного его модуля для снижения центробежного ускорения силы тяжести от зафиксированного при автоматическом запуске противопожарной программы компьютера системы ASFS значения gsc.m, превышающего значение glim для КНМ и веществ, примененных в данном ОбГО, до значения glim, являющегося наименьшим из всех значений glim, определенных при испытании всех КНМ, примененных в конструкциях данного ОбГО, при концентрации кислорода в атмосфере данного ОбГО, равной Cox.fs. На случай возникновения в данном ОбГО ускорения силы тяжести со значением gsc.m, превышающим значение glim, для предотвращения возникновения и тушения загораний в данном ОбГО при работе ASFS должно быть предусмотрено использование одновременно двух способов тушения загораний в ОбГО модулей ДОС и МК, заключающихся, во-первых, в оперативном снижении производительности вентиляционных систем (при помощи подсистемы 42) для снижения максимальной скорости вентиляционного потока атмосферы в ОбГО от значения Vvf.m до значения Vlim, являющегося наименьшим из всех значений Vlim, определенных при испытании КНМ, примененных в конструкциях данного ОбГО, при Cox= Cox.fs, во-вторых, за счет оперативного снижения центробежного ускорения силы тяжести с помощью работы реактивных двигателей от значения gsc.m, зафиксированного при автоматическом запуске противопожарной программы компьютера системы ASFS и превышающего значение glim для КНМ и веществ, примененных в данном ОбГО, до значения glim, являющегося наименьшим из всех значений glim, определенных при испытании всех КНМ, примененных в конструкциях данного ОбГО, при Cox= Cox.fs.

Как было показано ранее, для предотвращения развития загорания до пожара с разрушающими результатом для ОбГО должно выполняться условие пожаробезопасности №7, то есть необходимо обеспечивать тушения пожара за время, в течение которого опасные факторы пожара, в основном, температура (см. ссылку 2), не превысит предельно допустимого уровня для космонавтов и оборудования ОбГО, равного 70°C. Значение τfir.m для режима тушения пожара за счет снижения скорости вентиляционного потока атмосферы в ОбГО от максимальной скорости Vvf.m до минимального значения Vlim, установленного при испытании всех КНМ, примененных в ОбГО данного модуля, однозначно определяется физическим законом, проявляющемся в естественном самостоятельном протекании процесса вязкостной диссипации исходной кинетической энергии упорядоченного вынужденного движения атмосферы после снижения производительности вентиляционных систем в ОбГО. Указанный процесс в ОбГО с осуществленным при его создании устройством для полета не поддается оперативному регулированию - после снижения производительности вентиляционных систем процесс вязкостного торможения движения атмосферы в ОбГО не может быть ускорен, чтобы быстрее достигнуть значения Vτ.c, равного Vlim.i или Vlim.

Поскольку тушение загорания в ОбГО выполняется за счет снижения скорости вентиляционного потока атмосферы в ОбГО от Vvf.m до минимального значения Vlim, найденного при испытании всех КНМ, значение времени тушения загорания при данном режиме тушения - τfir.m, является максимальным.

Для определения условий предотвращения возникновения и тушения загораний в данном ОбГО ДОС или МК, за счет снижения в нем скорости вентиляционного потока, в перечне КНМ, применяемых в данном ОбГО, следует найти значения Vlim и Vlim.i, являющимися наименьшими из всех значений, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного ОбГО, равной Сох.fs, для всех материалов, примененных в ОбГО. Из табл.1 видно, что материалом с наименьшими значениями Vlim и Vlim.i является органическое стекло. Значения Vlim и Vlim.i для защитно-декоративной полиэтиленовой термоусадочной трубки - ТУТ не принимаются во внимание, так как трубка используется в составе самопотухающего кабеля (см. п. 4.5). В качестве примера рассматривается случай, когда в момент запуска противопожарной программы компьютера 28 ASFS от сигналов подсистем 32 или 33, концентрация кислорода в ОбГО - Cox.fs зафиксирована равной 30%. При этом из табл.1 следует, что для оргстекла Vlim.i=:2,9 см/с, a Vlim=0,65 см/с. При определении условий тушения загораний в ОбГО за счет снижения действующего на модуль ускорения силы тяжести gsc.m (см. пп. 5.4 и 5.9) здесь из табл.1 даются значения glim.i=84 см/с2 и glim=48 см/с2, до которых следует снизить значение gsc.m, чтобы предотвратить возникновение загораний и потушить их.

Для определения времени перехода скорости движения вентиляционных потоков со штатного пожароопасного уровня на другой - низкоскоростной пожаробезопасный уровень, проведены специальные теоретические и экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования проводились в ОбГО натурных макетов ТПК «Союз-Т» (в спускаемом аппарате /СА/ и бытовом отсеке /БО/), целевого модуля «Природа» станции «Мир», корабля многоразового использования «Буран», натурного модуля ФГБ PC МКС.С помощью специального термоанемометра определялись зависимости скорости движения газовой среды в данной точке ОбГО от времени в диапазоне скоростей потока от 0,3 до 60 см/с. Установлено, что при снижении производительности вентиляционной системы в ОбГО поступательное движение газа в ОбГО переходит в вихревое движение газа. Максимальная скорость потока в вихре и кинетическая энергия движения газа в момент образования вихря равны максимальной скорости потока и кинетической энергии движения газа, которые имели место при поступательном движении газа до момента изменения производительности вентиляционной системы. Время перехода от штатного значения скорости потока к заданным пожаробезопасным скоростям движения газа в ОбГО, равным Vlim.i или Vlim.i, определяется процесом вязкостного торможения движения газа при его вихревом движении. Для определения времени снижения скорости движения газа в ОбГО с большего уровня на меньший-пожаробезопасный, методом анализа размерностей получено следующее эмпирическое соотношение:

где - критерий гомохронности; f- критерий Рей-нольдса для текущего максимального значения скорости газового потока в вихре в период остановки в нем газовой среды; - критерий Рейнольдса в начальный момент времени течения газовой среды после образования вихря; Vo - начальная максимальная скорость потока в вихре после его образования; Vτ - текущее максимальное значение скорости газового потока в вихре в период остановки в нем газовой среды; τ - время; vef - эффективное значение коэффициента кинематической вязкости газовой среды в ОбГО; - характерный размер вихря, определяемый эффективными значениями его высоты Hef и диаметра, равного двум его радиусам Ref; k, n, m - эмпирические коэффициенты.

Значения коэффициентов k, n, m, используемые при определении времени вязкостного торможения вихревого движения атмосферы в ОбГО до заданного значения Vτ.c в ламинарном, переходном и турбулентном режимах находятся в следующих диапазонах: k - от 0,03 до 0,86; m - от 1,15 до 4,14; n - от 0,7 до 3,62. Рассчитанные по формуле (2) значения времен достижения заданного значения Vτ.ce, достаточно хорошо (с отклонением не более 15%) совпадает с экспериментально определенными значениями Vτ.e, достигнутыми после снижения до заданного уровня производительности вентиляционной системы в ОбГО натурных модулей КЛА, упомянутых выше. Расчетная формула (2) действительна для оценки времен достижения заданного пониженного значения Vτ.c в диапазоне критерия Рейнольдса исходного режима вихревого течения газовой среды в ОбГО модулей КЛА от 18 до 87000. Это обеспечивает оценку времен достижения заданных сниженных значений Vτ.c после уменьшения производительности вентиляционной системы в ОбГО до заданного уровня при штатной скорости вентиляционного потока в ОбГО модулей ДОС и МК с характерными размерами свободного вентилируемого пространства и вихря в нем, равными 3,2 м. Специалисты ожидают, что таких внутренние размеры в среднем могут иметь ОбГО модулей ДОС и МК, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках. С помощью разработанной расчетно-экспериментальной модели, представленной соотношением (2), обеспечивается определение времени перехода скорости движения вентиляционных потоков со штатного уровня на низкоскоростной - с заданным значением скорости газового потока для предотвращения возникновения загораний (за счет снижения значения Vvf.m до значения Vlim.i) и тушения загораний (за счет снижения значения Vvf.m до значения Vlim). В табл. 3 приведены значения скорости вентиляционного потока Vτ.c, достигаемые в зонах ОбГО с наибольшей штатной скоростью вентиляционного потока (Vvf.m=40 см/с) за указанное в табл.3 время xfir.m после момента выдачи команды на снижение производительности вентиляционных систем в ОбГО, которое осуществляется за счет вязкостного торможения потока атмосферы в вихре. Данные о τfir.m относятся к зонам с наибольшим размером lch вентилируемого пространства в ОбГО модулей разных КЛА.

Значения Vτ.s, представленных по горизонтали, достигаемые за время, указанное в табл. 3, после момента выдачи команды на снижение производительности вентиляционных систем в ОбГО модулей КЛА (точка 0) должны быть введены в виде зависимостей в постоянную память компьютера 28 системы ASFS во взаимосвязи с реальными характерными размерами вентилируемых пространств в ОбГО - lch.

В сочетании с показателями пожарной опасности КНМ, использованных в конструкциях ОбГО ДОС и МК, а также в их оборудовании (см. табл. 1), данные, приведенные в табл.3, обеспечивают с помощью противопожарной программы компьютера 28 системы ASFS в автоматическом режиме предотвращение возникновения загораний и их тушение в ОбГО ДОС и МК за минимально возможное для каждого ОбГО время.

В табл. 4 для пяти КНМ, данные по показателям пожарной опасности которых приведены в табл. 1, представлены времена тушения загораний в зависимости от концентрации кислорода в атмосфере ОбГО - Сох и характерного размера вентилируемых пространств в ОбГО - lch.

Из табл. 1, 3 и 4 и формулы (2) следует: чем выше значение Vlim КНМ, тем за более короткое время осуществляется его самотушение после момента выдачи команды на снижение производительности вентиляционных систем в ОбГО. Чем меньше значения Сох в атмосфере ОбГО и lch, тем за более короткое время осуществляется самотушение КНМ. Следует отметить, что при значении Сох, превышающем 30%, х/б материалы могут гореть только в газофазном (пламенном) режиме.

Значение τfir для режима тушения пожара за счет снижения ускорения силы тяжести посредством работы реактивных двигателей с тягой в необходимом направлении поддается регулированию в широких пределах. В этой связи положение: «…при выполнении условий пожаробезопасности применения материалов, а также условий пожаробезопасности для обитаемых герметичных отсеков долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей в целом, время снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значений glim.i и glim за счет работы реактивных двигателей управления ориентацией станций и кораблей и торможения их движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью, не должно превышать времени снижения скорости вентиляционных потоков атмосферы в обитаемом герметичном отсеке со значения Vvf.m до значений Vlim.i и Vlim…» является неотъемлемой частью комплекса условий, при выполнении которых системой ASFS обеспечивается пожарная безопасность конструкций ОбГО модулей ДОС, правомерно приводится в отличительной части формулы заявляемого изобретения. При торможении поступательного и вращательного движения модулей ДОС с помощью работы реактивных двигателей, длительность их работы при снижении ускорения силы тяжести в ОбГО со значения gsc.m до значения glim должна составлять оптимальную с точки зрения расхода топлива величину, не превышающую времени снижения скорости вентиляционных потоков атмосферы в ОбГО за счет вязкостного торможения движения атмосферы со значения Vvf.m до значений Vlim в данной конкретной пожароопасной ситуации. Поскольку время тушения загорания за счет снижения скорости вентиляционных потоков атмосферы в ОбГО модулей ДОС со значения Vvf.m до значении Vlim не поддается уменьшению средствами, не расходующими энергию, а время снижения ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значений и glim за счет работы реактивных двигателей с точки зрения обеспечения пожарной безопасность в ОбГО модулей ДОС не будет превышать времени вязкостного торможения газовой атмосферы в ОбГО, выполнение условия пожаробезопасности №7, обеспечивающее предотвращение возникновения разрушающего пожара, может обеспечить два средства, во-первых, возможно более широкое применение противопожарных конструкционных приемов пассивной противопожарной защиты, представленных в подразделе 3.12 и 4.5, во-вторых, оснащением ОбГО модулей ДОС и МК подсистемами 32 и 33 максимально быстродействующими при обнаружении предпожароопасных ситуаций.

В работе (Алексеев В.А., Зайцев С.Н. / «Извещатель пожарный дымовой электроиндукционный». // Сб. материалов XIII Научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». Под ред. В.Н. Азарова. - М.: МГИЭМ. 2001. - С. 148-149) показано, что в настоящее время наиболее эффективным и перспективным является устройство подсистемы обнаружения предпожароопасных ситуаций в ОбГО модулей ДОС на основе электроиндукционных пожарных извещателей. Например, извещатели электроиндукционного типа ИДЭ-2 или ИДЭ-3 срабатывают уже при появлении мелкодисперсных аэрозольных продуктов термической деструкции (пиролиза) КНМ в ОбГО, то есть до задымления атмосферы в ОбГО в результате возникновения загорания КНМ с пламенным горением или тлением. Сравнительные испытания показали, что пожарные извещатели ИДЭ-2 и ИДЭ-3 обнаруживают предпожароопасную ситуацию в 3 раза быстрее, чем оптические пожарные извещатели, такой, например, извещатель как ДС-7А (7267-3500 ТУ), который срабатывает при снижениии оптической прозрачности атмосферы из-за ее задымления до величины не менее 4%, то есть, в отличие от пожарных извещателей ИДЭ-2 и ИДЭ-3, оптические пожарные извещатели обнаруживают предпожароопас-ную ситуацию при образовании сравнительно крупного очага пожара, что недопустимо в ОбГО модулей ДОС и МК, предназначенных для эксплуатации в космическом пространстве, и особенно в точках Лагранжа, где они должны безопасно пребывать в течение десятков лет. Время обнаружения предпожароопасной ситуации с помощью подсистемы 32, включающей пожарные извещатели типа ИДЭ-2 или ИДЭ-3, достаточно точно можно оценить по формуле:

где τch - характерное время, в течение которого волна продуктов пиролиза проходят всю длину вентиляционного контура в ОбГО - lkv, м; n - число пожарных извещателей, приблизительно равномерно расположенных по длине вентиляционного контура в ОбГО. Значение τdet.f представляет собой время прохождения волной продуктов пиролиза, начавших выделяться при аварийной ситуации в электрооборудовании ОбГО, расстояния между двумя пожарными извещателями, находящихся в газовом потоке атмосферы вентиляционного контура. Например, в ОбГО основных модулей PC МКС системы обнаружения предпожароопасной ситуации включают 10 пожарных извещателей. При средней скорости вентиляционного потока, равной 0,4 м/с, и lkv=22 м, значение τdet.f составляет 5,5 с. Время обнаружения предпожароопасной ситуации по токовой перегрузке электроцепей оборудования ОбГО с помощью подсистемы обнаружения 33 (см. фиг 8), то есть по превышению нормативных значений токов, представленных в табл. 2, составляет величину меньшую, чем время обнаружения предпожароопасной ситуации с помощью пожарных извещателей. В случае отказа одного из соседних извещателей, находящихся вниз по вентиляционному потоку после места загорания, время τdet.f может увеличиться в 2-3 раза. В ОбГО модулей ДОС и МК в качестве пожарных извещателей не могут быть использованы средства, фиксирующие подъем температуры или излучение любой частоты от горящего элемента из КНМ. Заграможденность ОбГО оборудованием, которое поглощает тепло из газа и излучение, не позволяет фиксировать их пожарным извещателям. Таким образом установлены условия минимизации времени обнаружения предпожароопасных ситуаций и тушения загораний в ОбГО модулей ДОС и МК, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках.

Необходимым требованием к противопожарной программе компьютера 28 системы ASFS в ОбГО является выполнение с помощью этой программы, компьютера и подсистем ASFS, за минимально возможное время, всех операций, начиная от обнаружения с помощью подсистем 32 и 33 возникновения предпожароопасных ситуаций, сигналы с которых запускают противопожарную программу компьютера 28 системы ASFS в ОбГО, и заканчивая выполнением с помощью подсистем 40, 41, 42 операций, заключающихся в:

- подаче сигналов об обнаружении предпожароопасных ситуаций на световые или/и звуковые пожарные оповещатели, а также на пульты пожарной сигнализации модулей ДОС или МК для информирования экипажа;

- предотвращении возникновения и тушении загораний в любом ОбГО ДОС или МК.

Данные положения правомерно отражены в отличительной части формулы заявляемого изобретения как условие обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК.

Во всех опытах, проведенных в 3-х сериях исследований процесса горения КНМ на борту орбитальной станции «Мир» в ЭУ «Скорость», с плавящимися, с не плавящимися и с тлеющими при горении материалами, подтверждено самопроизвольное потухание пламени и очага тления при снижении скорости вентиляционного потока, набегающего на горящий элемент из КНМ. Это указало на возможность существования предельных для горения КНМ скоростей газового потока, характерных для условий невесомости-значений Vlim. Наличие значения Vlim для любого горючего КНМ было подтверждено экспериментально («О предельных режимах горения полимеров в отсутствии естественной конвекции». / Мелихов А.С., Потякин В.И., Рыжов A.M., Иванов Б.А. // В журнале «Физика горения и взрыва», 1983, №4, - С. 27-30; Патент России №2318558 / «Способ определения нижнего предела горения материалов по скорости потока для условий невесомости и устройство по его реализации». // Приоритет от 17.04.2006. Авторы: Мелихов А.С., Потякин В.И. Опубл. 10.03.2008. Бюл. №7; «Предварительные результаты третьей серии экспериментов по исследованию горения неметаллических материалов в ЭУ «Скорость» на борту орбитальной станции «Мир»». / Иванов А.В., Алымов В.Ф., Мелихов А.С. и др. // «Proceedings of the Fifth International Microgravity Combustion Workshop». Cleveland, Ohio. May 18-20 1999). Наличие значения Vlim у каждого горючего КНМ явилось основанием для разработки составной части способа противопожарной защиты ОбГО модулей ДОС и МК за счет тушения загораний посредством снижения производительности вентиляционной системы ОбГО и последующего естественного и самостоятельного вязкостного торможения вентиляционного газового потока до скорости, равной значению Vlim материалов. Практика показала, что данный прием работает безупречно. Главным подтверждением его эффективности, кроме стабильного самопотухания горящих элементов из КНМ при остановке вентиляционного потока в ЭУ «Скорость» в ДОС «Мир» (см. начало данного пункта), явилась ликвидация реальной пожароопасной ситуации в служебном модуле (СМ) (модуль «Звезда») - одного из модулей PC МКС. 11 июня 2014 г.в 22 часа 40 мин. московского времени членами экипажа МКС было замечено задымление обитаемого гермоотсека CM PC МКС. Задымление происходило при выходе задымленной атмосферы из приборной зоны гермоотсека CM PC МКС, которая является частью вентилируемого пространства в ОбГО. Члены экипажа отключили вентиляционную систему модуля, после чего дымовыделение прекратилось. Была проведена очистка атмосферы станции от дыма за счет вентилирования гермоотсеков. Российский центр управления полетами, по данным информации экипажа, сделал заключение, что наиболее вероятной причиной задымления явилась неисправность устройства для регенерации воды с нагревателем (URL:http://www.vedomosti.ru/tech/news/27646201/nasa-svyazyvaet-zadymlenie-na-mks-s-neispravnostyu. Дата обращения в интернет от 04.08.2014). Таким образом практикой при эксплуатации действующей космической станции доказана эффективность работы технического решения, заключающегося в снижении скорости вентиляционного потока в зоне реальной пожароопасной ситуации, возникшей в обитаемом гермоотсеке с обогащенной кислородом атмосферой. Таким образом данный прием может являться составной частью системы обеспечения пожарной безопасности-ASFS и может быть отражен в отличительной части формулы заявляемого изобретения.

Эксперименты, проведенные методом физического моделирования горения в невесомости (Melikhov A.S., Bolodyan I.A., Potyakin V.I., et al. / «The Study Of Polymer Material Combustion In Simulated Microgravity By Physical Modeling Meth-od». // «Proceedings of the Fifth International Microgravity Combustion Workshop». Cleveland, Ohio, May 18-20, 1999) и эксперименты, проведенные во 2-й серии исследований процесса горения КНМ и веществ на борту орбитальной станции «Мир» в ЭУ «Скорость» в космическом полете (Ivanov A.V., Alymov V.Ph., Smirnov A.B., et al. «Study of Materials Combustion Processes in Microgravity». / «Proceedings of the Joint Tenth European and Sixth Russian Symposium on Physical Sciences in Microgravity». St. Petersburg. June 15-21, 1997. // Moscow, 1997, vol. 1, pp. 401-408) показали, что композиционные материалы после зажигания в невесомости не способны к устойчивому и развивающемуся горению в обогащенной кислородом атмосфере при наличии вентиляционного потока, имеющего штатное для ОбГО модулей КЛА значение скорости (см. п. 3.4). Это относится к любым композиционным материалам с горючим, не плавящимся при нагревании и горении связующим, и негорючим наполнителем. Для объяснения этого важнейшего с точки зрения обеспечения пожарной безопасности ОбГО модулей КЛА результата проведены специальные исследования. Практически все композиционные материалы с фенолформальдегидным связующим и связующими на основе других синтетических смол и с негорючим наполнителем при их испытаниях на Земле способны к устойчивому и развивающемуся горению. Они имеют значение Clim, равное 18-20%, то есть способны к горению в среде воздуха. Горение их поддерживается естественно - конвективным потоком, создаваемым земным ускорением силы тяжести - gea, который поставляет воздух в зону горения. При g=gea элемент из композиционного материала может гореть последовательно от одного конца к другому или одновременно по всей поверхности. В условиях невесомости такого режима горения элементов конструкции из композиционных материалов не наблюдалось. При изучении процесса горения композиционных материалов в условиях невесомости методом физического моделирования и в ЭУ «Скорость» на борту ДОС «Мир» в космическом полете при наиболее благоприятном режиме для горения элемента в невесомости - в продольном потоке, после зажигания элемента в любой точке происходило кратковременное горение элемента: от 5 до 8 с в зависимости от скорости потока окислительной среды, обтекающей элемент. После выгорания связующего в зоне зажигания элемента пламя переходило под действием потока на боковую, поверхность элемента, не тронутую горением, а позади пламени оставался твердый углистый остаток из спекшихся стекляных или базальтовых волокон, сульфата бария, асбеста, глинозема и других негорючих веществ, входящих в состав композиционных КНМ. Около поверхности твердого остатка, на который натекал вентиляционный поток, формировались динамический и тепловой пограничные слои. По мере продвижения фронта горения по элементу происходило увеличение толщины погранслоев. Установлено, что пламя при горении композиционного материала располагается намного ближе к поверхности материала, чем у других горючих материалов (органического стекла, полиэтилена, резин и др.). Увеличение толщины погранслоев приводило к тому, что в зоне листа пламени горящего элемента скорость потока снижалась (Шлихтинг Г. / «Теория пограничного слоя»//-М.: Изд-во «Иностранная литература». 1956. - 528 с.), и тем больше, чем дальше фронт горения уходил по элементу от места его зажигания по мере выгорания связующего в движущемся фронте горения. Поэтому, пламя, пройдя некоторое расстояние от места зажигания, отрывалось от поверхности материала и потухало. Представленный процесс самопотухания композиционных материалов в орбитальном полете подтвержден результатами экспериментов, проведенными во 2-й серии исследований на борту орбитальной станции «Мир» в ЭУ «Скорость» с элементами из стеклотекстолита СФ-1-35Г ГОСТ 10316-78. При скорости потока, равной 15 см/с, элемент из стеклотекстолита СФ-1-35Г загорался от достаточно мощного источника зажигания, устойчиво горел некоторое время, но через 5-8 с пламя потухало, пройдя по элементу 4-6 мм. Элемент из стеклопластика ВПС-7 В ОСТ92-0956-74 без фольги на поверхности, имея значениие Clim, равное 20%, при g=gea горел в среде воздуха снизу вверх устойчиво, полностью выгорало связующее, оставался только негорючий твердый углистый остаток. В условиях, соответствующих невесомости, элемент из стеклопластика ВПС-7 В толщиной от 0,5 до 5 мм в среде воздуха не загорался. В опытах при Сох=25% такие элементы загорались. Фронт пламени распространялся по поверхности элементов в направлении газового потока. Пройдя расстояние от точки зажигания, равное 6-8 мм, пламя потухало. Учитывая изложенное, композиционные и другие материалы с горючим связующим и негорючим наполнителем следует считать в орбитальном полете негорючими, что отражено в отличительной части формулы заявляемого изобретения, как часть способа обеспечения пожарной безопасности ОбГО модулей ДОС и МК. Противопожарная компьютерная программа должна исключать все последующие операции по выработке команд, управляющих процессами предотвращения возникновения загораний и тушения в отношении всех композиционных КНМ с негорючим наполнителем. Композиционные КНМ с горючим связующим и горючим наполнителем, например, текстолит А ГОСТ 2910-74, гетинакс-1 ГОСТ 2718-74 и др. не следует считать КНМ, негорючими в орбитальном полете.

Проведенные исследования показали, что горения КНМ в невесомости без вынужденного потока газовой атмосферы не происходит, естественно-конвективного движения газовой рабочей атмосферы ОбГО в невесомости нет, а молекулярная диффузии не обеспечивает окислителем протекание реакции горения при штатном давлении атмосферы в ОбГО (Потякин В.И., Мелихов А.С, Иванов Б.А. / «Об условиях существования сферического пламени при действии ускорения силы тяжести». // В сб. трудов «Химическая физика процессов горения и взрыва». - Черноголовка. 1986. - С. 85-88). С увеличением от нуля значения g, при зажигании КНМ в нагретой зоне около поверхности элемента из КНМ возникает движение газовой среды. При некотором значении g создается естественно-конвективный поток газовой среды, адекватный вынужденному потоку с предельной для горения скоростью Vlim. Это указало на существование предельного для горения ускорения силы тяжести - glim. Наличие значения glim для любого горючего КНМ было подтверждено экспериментально (Болодьян И.А., Иванов А.В., Мелихов А.С. / «Горение твердых неметаллических материалов в условиях микрогравитации». // «Материалы 5-го симпозиума «Азия - Океания» по науке и технике пожара», г. Ньюкасл, Австралия, 3-6 декабря 2001. - С 195-204). Учитывая, что при эксплуатации пилотируемых КЛА с помощью реактивных двигателей выполняются маневры на орбите, необходимо, чтобы для обеспечения пожарной безопасности в ОбГО выполнялись условия пожаробезопасности: glim.i≥Ks5·gsc.m и glim≥Ks4·gsc.m. Выполнение условий пожаробезопасности №4 и №5 может достигаться за счет оперативного снижения возникшего в ОбГО модулей ДОС и МК ускорения силы тяжести - gsc.m с помощью работы реактивных двигателей с соответствую щеми направлением действия и тягой. Данное положение отражено в формуле заявляемого изобретения как часть приемов по обеспечению пожарной безопасности ОбГО модулей ДОС и МК. Значения glim и glim.i КНМ могут быть определены в свободно падающей системе двух контейнеров (Мелихов А.С, Потякин В.И. /В сб. «О предельных условиях горения твердых веществ в невесомости». // «Химическая физика процессов горения и взрыва». Материалы IV Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 1980. - С. 48-51), оснащенной центрифугой, расположенной во внутреннем контейнере системы, а также на борту КЛА ДОС по методике, изложенной в заявке на изобретение (№2012137647/12(060995) от 03.09.2012 г. «Устройство по определению показателей горючести конструкционных неметаллических материалов в космическом полете для условий обитаемых герметичных отсеков космических летательных аппаратов и инопланетных станций»), по которой «Роспатентом» выдано Решение о выдаче патента на изобретение от 27.03.2014 г. Значения показателей пожарной опасности glim.i и glim., определенные для ряда КНМ, применяемых в конструкциях ОбГО PC МКС, приведены в табл. 1 в диапазоне Сох от 21 до 40%. Надежное выполнение условий пожаробезопасности №4 и №5 обуславливается следующим. При определении значения gsc.m в ОбГО, находящихся в составе жесткой связки модулей ДОС и МК, измеритель ускорения силы тяжести 37 (акселерометр) должен быть установлен внутри ОбГО перифирийного модуля ДОС и МК, а именно в точке ОбГО модуля, находящейся на максимальном расстоянии от центра масс КЛА. Измерители ускорения силы тяжести в ОбГО всех вращающихся модулей ДОС и МК с искусственной тяжестью должны быть установлены на максимальном расстоянии от осей вращения модулей. Значение gsc.m в жесткой связке модулей ДОС и МК могут измеряться с помощью одного резервированного акселерометра 37. Значения gsc.m в ОбГО модулей ДОС и МК, вращающихся для создания в их ОбГО искусственной тяжести, должны измеряться в каждом ОбГО отдельным акселерометром.

Исследование процессов воспламенения и горения КНМ в условиях невесомости и при различных ускорениях силы тяжести показало, что воспламенение любого материала от теплового источника электрической природы может быть достигнуто только при определенных для каждого материала значениях скорости газовой окислительной атмосферы в 0бГО - Vlim.i и ускорения силы тяжести - glim.i. При этом указанные значения существенно превышают значения пределов горения тех же материалов по скорости газового потока - Vlim и по ускорению силы тяжести - glim. Величины скорости газового потока на пределах горения Vlim и glim недостаточны для поставки окислительной среды, которая может поддерживать процессы, протекающие при зажигании технологической системы «КНМ - окислительная среда» источниками электрической природы, например, электрическими разрядами. То есть, если при определении Vlim.i и glim.i в зоне действия источника зажигания КНМ создается скорость газового потока, близкая по значению к значению Vlim тех же КНМ, то зажигания и развития горения, еще не прогретого элемента из КНМ, при Vlim и glim не происходит, так как скорость теплопотерь из зоны действия источника зажигания к еще не прогретому элементу превышает скорость тепловыделения от химической реакции между продуктами КНМ и окислительной средой (Болодьян И.А., Жевлаков А.Ф., Мелихов А.С. / «О расчете предельных условий горения полимерных материалов». // В сб. трудов «Пожарная профилактика». / - М.: ВНИИПО МВД СССР. 1977. - Вып. 13. - С. 81-88). Молекулярная диффузия не может изменить ситуацию и обеспечить поставку окислительной среды, которая необходима для зажигания КНМ при уровнях вынужденных и естественных потоков окислительной газовой среды при скоростях потоков, соответствующих значениям Vlim и glim. (Потякин В.И., Мелихов А.С., Иванов Б.А. «Об условиях существования сферического пламени при действии ускорения силы тяжести». // В сб. трудов «Химическая физика процессов горения и взрыва». - Черноголовка. 1986. - С. 85-88).

Устройство системы ASFS обеспечивает автоматический выбор способа и условий тушения в ОбГО в зависимости от величины ускорения силы тяжести в ОбГО в момент возникновения предпожароопасной ситуации.

Сформирован комплекс условий пожаробезопасности, при выполнении которых обеспечивается пожарная безопасность элементов из КНМ, применяемых в ОбГО, и ОбГО модулей ДОС и МК в целом. Каждое условие имеет следующую структуру: Pdef≥(≤)Ks·Preg, где Pdef - определяемый показатель пожарной опасности материалов и оборудования в целом; Preg - регламентируемый показатель пожарной опасности материалов или оборудования; Ks - коэффициент безопасности, определяемый по ГОСТу (ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения») с учетом погрешности методики определения показателя пожарной опасности КНМ, входящего в данное условие пожаробезопасности. С помощью системы ASFS должно быть предусмотрено выполнение следующего комплекса условий пожаробезопасности, в результате чего обеспечивается пожарная безопасность ОбГО модулей ДОС и МК.

l c.fs. Clim≥Ks1·Cox.m - условие пожаробезопасности применения КНМ в ОбГО КЛА, характеризующее неспособность КНМ к горению на всех этапах космического полета с учетом конструкционных условий применения КНМ (см. пп.3.3, 5.6).

2c.fs. Vlim≥Ks2·Vvf.m - условие, определяющее неспособность КНМ к горению при скорости вентиляционного потока атмосферы, набегающей на элемент из КНМ в ОбГО, меньшей значения Vlim для элемента из КНМ. Соотношение является также условием пожаробезопасности, характеризующее режим тушения загораний КНМ в ОбГО за счет снижения скорости вентиляционного потока атмосферы в ОбГО от максимального значения Vvf.m до значения, равного наименьшему значению Vlim, полученному при испытаниях всех горючих КНМ, примененных в данном ОбГО, при концентрации кислорода в атмосфере ОбГО, равной Cox.fs, при gsc<30cM/c2 и в невесомости.

3c.fs. Vlim≥Ks3·Vvf.m - условие, определяющее неспособность КНМ к загоранию при скорости вентиляционного потока атмосферы, набегающего на элемент из КНМ, меньшей значения Vlim.i КНМ. Соотношение является также условием предотвращения возникновения загораний КНМ при аварийном режиме работы электрооборудования (при невыполнении для цепей электрооборудования условия пожаробезопасности Ilim≥Ks6·Icir.fs) за счет снижения максимального значения скорости вентиляционного потока атмосферы в ОбГО, равного Vvf.m, до значения, равного наименьшему значению Vlim.i, полученному при испытаниях всех горючих КНМ, примененных в данном ОбГО, при концентрации кислорода в атмосфере ОбГО, равной Сох.fs.

4c.fs. glim≥Ks4·gsc.m - условие, определяющее неспособность КНМ к горению при ускорении силы тяжести в ОбГО, равном gsc.m, меньшем значения glim. Соотношение является также условием пожаробезопасности, характеризующее режим тушения загораний КНМ в ОбГО за счет снижения ускорения силы тяжести в ОбГО от gsc.m до значения glim, равного наименьшему значению glim, полученному при испытаниях всех горючих КНМ, примененных в данном ОбГО, при концентрации кислорода в атмосфере ОбГО, равной Сох.fs.

5c.fs. glim.i≥Ks5·Vsc.m - условие, определяющее неспособность КНМ к загоранию при ускорении силы тяжести в ОбГО, равном gsc.m, меньшем значения glim.i. Соотношение является также условием предотвращения возникновения загораний КНМ в аварийном режиме работы систем электрооборудования за счет снижения ускорения силы тяжести в ОбГО от gsc.m до значения glim.i, равного наименьшему значению glim.i, полученному при испытаниях всех горючих КНМ, примененных в данном ОбГО, при концентрации кислорода в атмосфере ОбГО, равной Cox.fs.

6c.fs. Ilim≥Ks6·Icir - условие, при котором невозможно загорание КНМ в ОбГО модулей ДОС и МК от источников электрической природы, образующихся в аварийном режиме работы систем электрооборудования, за счет ограничения токов в цепях Icir пожаробезопасными значениями Ilim.

7c.fS. - условие, при выполнении которого предотвращается развитие очага пожара за счет его тушения в течение времени, за которое основной опасный фактор пожара - температура (см. ссылку 2) не превысит предельно допустимого уровня для космонавтов и оборудования ОбГО, который принят специалистами равным 70°C.

Обозначения, принятые в составляющих условий пожаробезопасности lc.fs - 7c.fs приведены по тексту заявляемого изобретения. Значения показателей пожарной опасности КНМ Clim, Vlim, glim, Vlim.i, glim.i в качестве иллюстрации для характерных КНМ в условиях, соответствующих условиям космического полета, для условий пожаробезопасности приведены в табл. 1, для условия 6c.fs - в табл. 2, данные для выполнения условия 7c.fs-B подразделах 5.7-5.12. Значения коэффициентов безопасности, входящие в условия пожаробезопасности lc.fs-7c.fs, равны: Ks1=1,03; Ks2=1,2; Ks3=1,2; Ks4=1,3; Ks5=1,3; Ks6=1,0; Ks7=1,15.

Для обеспечения пожарной безопасности в ОбГО модулей ДОС и МК с уровнями индивидуального и социального риска, не превышающими нормативных значений, определенных ГОСТом (ГОСТР 12.3.047-98. / «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля»), необходимо выполнение особых требований по обеспечению пожарной безопасности и пожарозащищенности элементов системы ASFS для сохранения ее работоспособности при действии на элементы ASFS тепловых очагов в виде элементов электрооборудования, нагретых при аварийных ситуациях, и очагов горения. К таким требованиям относятся:

- изготовление элементов системы ASFS из КНМ, негорючих в атмосфере с концентрацией кислорода, равной максимально возможному значению в ОбГО данного модуля (Cox.m), то есть из КНМ, для которых выполняется условие пожаробезопасности Clim.i≥Ks1·Cox.m;

- применение в составе системы ASFS электронных средств защиты цепей системы ASFS от возможных токовых перегрузок и коротких замыканий, приводящих к превышению пожаробезопасных значений токов в цепях системы ASFS, приведенных в табл. 2;

- обеспечение, по возможности, противопожарных разрывов между элементами системы ASFS и элементами служебного, производственного и научного оборудования, находящегося в составе ОбГО данного модуля.

Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках КЛА, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, реализуется с помощью автоматической системы обеспечения пожарной безопасности - ASFS. Блок-схема системы ASFS с обозначением ее элементов представлена на фиг. 8 и 9. ASFS состоит из трех функциональных частей, связанных между собой в единую систему ASFS.

Первая часть ASFS включает в себя следующий комплекс подсистем.

Подсистема 29 предназначена для измерения и передачи в компьютер 28 значения концентрации кислорода Cox в атмосфере ОбГО каждого модуля ДОС и МК. Подсистема 29 ASFS включает в себя (см. фиг. 8 и 9): заборник 35а атмосферы ОбГО; датчик 356 определения значения Cox в атмосфере; кабель 35в передачи сигнала от датчика 356 в компьютер 28 системы ASFS. Измерение значения Cox в каждом ОбГО может осуществляться с помощью одного резервированного датчика 356, непрерывно или для экономии электроэнергии-дискретно-с частотой не менее 1 Hz. В момент появления сигналов, выработанных подсистемами 32 или 33 ASFS при обнаружении данными подсистемами предпожароопасных ситуаций значение концентрации кислорода в атмосфере аварийного ОбГО, обозначаемое как Cox.fs, фиксируется датчиком 356. От этих сигналов производится запуск противопожарной компьютерной программы, значение Cox.fs запоминается компьютером для дальнейшего оперативного использования его при выполнении мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в ОбГО ДОС и МК по командам, выработанным компьютером.

Подсистема 30 ASFS предназначена для измерения и передачи в компьютер 28 максимального, независимо от места в ОбГО, значения скорости вентиляционные потока Vvf в ОбГО модулей ДОС и МК. Для того, чтобы было постоянно известно максимальное, независимо от места в ОбГО, значение скорости вентиляционные потока в ОбГО данного модуля может быть применен следующий прием. В так называемой «базовой точке» замкнутого вентиляционного контура в ОбГО, с помощью одного резервированного датчика 36, имеющего погрешность не более ±1 см/с, непрерывно измеряют скорость вентиляционного потока, обозначаемую как Vvf.b. Расположение «базовой точки» в ОбГО выбрано так, чтобы значение Vvf.b. в этой точке было устойчивым (без значительных колебаний во времени при штатном режиме работы системы вентиляции в ОбГО) и находилось в диапазоне от 15 до 30 см/с.Датчик 36 не должен располагаться в струях газа, выбрасываемых вентиляторами. В процессе настройки ASFS для каждого ОбГО должна быть определена зависимость значения максимальной, независимо от места в ОбГО, скорости вентиляционного потока Vvf.m от значения скорости потока Vvf.b в «базовой точке». При подготовке ASFS к работе зависимости Vvf.m от Vvf.b для каждого ОбГО ДОС и МК вводят в постоянную память компьютера 28 системы ASFS. Эти зависимости используются при выработке компьютером 28 команд по снижению значения Vvf.m до значений Vvf, равных Vlim.i и Vlim , так, чтобы выполнялись условия пожаробезопасности №2 (2 с.fs) и №3 (3c.fs). Так осуществляют предотвращение возникновения загораний и их тушение в ОбГО ДОС и МК.

Подсистема 31 ASFS предназначена для измерения и передачи в компьютер максимальных значений ускорения силы тяжести в ОбГО модулей ДОС и MK - gsc.m. Значение gsc.m необходимо при установлении факта выполнения условий пожаробезопасности №4 (4c.fs) и №5 (5c.fs), приведенных в п 5.19. Значение gsc.m в ОбГО модулей ДОС и МК должно измеряться непрерывно. Размещение датчиков - измерителей ускорения силы тяжести - акселерометров - 37 в составе ОбГО ДОС и МК должно соответствовать ранее приведенным требованиям. Предотвращение возникновения и тушения загораний в ОбГО ДОС и МК посредством выполнения условий пожаробезопасности №4 и №5 достигается по выполнению команд, выработанных компьютером 28 системы ASFS, следующим образом. Противопожарной программой компьютера 28 установается превышение значением gsc.m значений glim.i или/и glim, являющимися наименьшими из всех значений glim.i или/и glim, определенных при испытании всех КНМ аварийного ОбГО при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного гермоотсека, равной Cox.fs, обнаруженной и автоматически загруженной в оперативную память компьютера подсистемой 29 в момент возникновения аварийной ситуации в ОбГО модуля, выявленной подсистемами обнаружения 32 или/и 33. С помощью работы реактивных двигателей управления ориентацией ДОС или МК и торможения их движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью, производят снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значений glim.i или/и gum в зависимости от того сигнала, который придет от подсистем обнаружения 32 или/и 33.

Подсистема 32 ASFS предназначена для обнаружения предпожароопасных ситуаций, возникших в ОбГО модулей ДОС или МК, с помощью пожарных извещателей (ПИ) 38 по появлению продуктов пиролиза или/и горения КНМ в атмосфере ОбГО и введения в компьютер 28 сигналов об обнаружении предпожароопасных ситуаций в ОбГО модулей ДОС или МК. Обоснование выбора типа ПИ было изложено ранее.

Подсистема 33 ASFS предназначена для обнаружения предпожароопасных ситуаций, проявляющихся в виде токовой перегрузки электроцепей в электрооборудовании ОбГО модулей ДОС и МК. Токовой перегрузкой электроцепей электрооборудования в ОбГО модулей ДОС и МК и, соответственно, возникновение по этой причине предпожароопасных ситуаций, являются превышения током Icir в цепях электрооборудования предельно допустимых (пожаробезопасных) значений тока Ilim. Все данные, необходимые для реализации мероприятий по предотвращению возникновения загораний в ОбГО модулей ДОС или МК от источников электрической природы представлены в Сигналы, несущие информацию от подсистем 29-33, передаются в компьютер 28 через электроцепи 43.

Вторая часть ASFS включает в себя компьютер 28 с противопожарной компьютерной программой для управления работой системы обеспечения пожарной безопасности ASFS за счет приема и использования данных, поступающих от подсистем 29-33 для выработки команд по предотвращению возникновения и тушения загораний в ОбГО модулей ДОС и МК, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках. В зависимости от результатов оценки оптимальной стоимости, массы оборудовании ASFS и потребляемой ею электроэнергии могут быть использованы: самостоятельный, введенный в систему ASFS ОбГО каждого модуля «n» ДОС и МК, компьютер 28; бортовой компьютер данного модуля «n» ДОС и МК; центральная вычислительная машина (ЦВМ) всей ДОС или МК. В случае выбора для управления работой ASFS ЦВМ, ей могут помогать терминальные ЭВМ модуля. В постоянную память компьютера 28 должна быть введена информация, необходимая для работы системы ASFS по предотвращению возникновения и тушения загораний в ОбГО модулей ДОС и МК. Перечень пунктов информации приведен на фиг. 8 в составе постоянной памяти компьютера 28.

Вся информация, исходящая от подсистем 29-33 при возникновении предпожароопасных ситуаций, и информация, исходящая от подсистем 40-42 после получения команд от компьютера 28 на осуществление технических мер по предотвращению возникновения и тушения загораний в ОбГО модулей ДОС и МК, и команды компьютера 28 на подсистемы 40-42 должны направляться в постоянную память компьютера 28 для накопления и систематизации информации, последующего ее анализа специалистами и корректирование на этой основе меропрятий по исключению возможности возникновения в дальнейшем аналогичных пожароопасных ситуаций и внесение поправок в противопожарную компьютерную программу системы ASFS с целью повышения надежности и эффективности работы системы ASFS по всем видам ее действия, а главное, в направлении снижения времени выполнения всех операций, выполняемых при предотвращении возникновения и тушении пожара в аварийном ОбГО модуля. А именно: времени измерения значения Cox.fs подсистемой 29; времени измерения значения Vvf.m подсистемой 30; времени измерения значения gsc.m подсистемой 31; порядка срабатывания подсистем 32 и 33, времени появления сигналов от них, разницы во временах их появления; времени исключения из всех операций по выработке команд по предотвращению возникновения загораний и тушения пожаров по отношению ко всем негорючим КНМ, для которых выполняется условие пожаробезопасности Clim≥Ks1·Cox.m; времени выполнения условий пожаробезопасности, приведенных ранее.

Компьютер 28 должен иметь интерфейсные выходы, через которые команды, выработанные этим компьютером после запуска противопожарной компьютерной программы ASFS при обнаружении предпожароопасных ситуаций, передаются через подсистемы 40-42 на устройства и системы модулей ДОС и МК для информирования экипажа о предпожароопасной ситуации и выполнения комплекса технических мер по предотвращению возникновения и тушения загораний в ОбГО модулей ДОС и МК. Команды, выработанные бортовым компьютерам 28, передаются от интерфейсных выходов компьютера в подсистемы 40-42 через интерфейсные электроцепи 44.

Третья часть ASFS включает в себя следующие подсистемы (40-42), принимающие команды, выработанные компьютером 28 после обработки противопожарной программой данных, полученных от подсистем 29-33, формирующие и передающие сигналы на устройства и системы модулей ДОС или МК для информирования экипажа о предпожароопасных ситуациях и для выполнения комплекса технических мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в ОбГО модулей ДОС и МК:

- подсистема 40 ASFS для приема сигналов об обнаружении предпожароопасных ситуаций в ОбГО модулей ДОС и МК, выработки сигналов и подачи их на звуковые и световые пожарные оповещатели, а также на пульты пожарной сигнализации модулей ДОС и МК с отображением обнаруженной предпожароопасной ситуации на пультах для информирования экипажа; отображение на пультах ОбГО концентрации кислорода в атмосфере ОбГО модулей ДОС и МК;

- подсистема 41 ASFS, связанная с системой управления движением и навигации ДОС и МК, предназначенная для управления работой реактивными двигателями ориентации ДОС и МК и торможения их движения и вращения отдельных их модулей для снижения значения gsc.m до значений glim.i - для предотвращения возникновения загораний, или до glim - для тушения загораний;

- подсистема 42 ASFS управления производительностью вентиляционных систем: по сигналу от подсистемы 33 ASFS для оперативного снижения значения Vvf.m до значений Vlim.i - для предотвращения возникновения загораний, а по сигналу от подсистемы 33 ASFS о загорании в ОбГО модуля - для оперативного снижения значения Vvf до Vlim - для тушения загорания.

Представлено устройство и технология работы системы обеспечения пожарной безопасности ASFS в ОбГО модулей ДОС и МК, предназначенных для эксплуатации в точках Лагранжа и межпланетных полетов. Структура ASFS пояснена в разделе 6 и на фиг.8 и 9. При реализации системы ASFS в составе модулей ДОС и МК должны выполняться все рекомендации данного заявляемого изобретения, касающиеся, во-первых, минимизации времени выполнения системой ASFS мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в ОбГО модулей ДОС и МК, во-вторых, требования по пожарозащищенности элементов ASFS, обеспечивающие надежную ее работу при действии на ее элементы проявлений аварий, в том числе тепловых источников, образовавшихся в элементах электрооборудования, и очагов горения. При выполнении указанных в заявляемом изобретении рекомендаций достигается максимальная экономичность реализации представляемого способа, максимальная надежность и минимальная стоимость материализации и эксплуатации реализуемого способ устройства. Это предопределяется максимальной компактностью и минимизацией массы элементов, составляющих ASFS, их объема, минимизацией количества электроэнергии, потребляемой ASFS. При этом стоимость обеспечения пожарной безопасности ОбГО модулей ДОС и МК повышается минимально.

Автоматические системы обеспечения пожарной безопасности-ASFS, базирующиеся на сформированной инновационной технологии и, соответственно, компьютерные противопожарные программы системы ASFS для ОбГО модулей ДОС и МК, предназначенных для эксплуатации в точках Лагранжа и межпланетных полетов, должны разрабатываться отдельно для каждой конкретной ДОС или МК по аналогу, представленному блок-схемой, приведенной на фиг. 8. При этом должны учитываться назначение модулей и соответствующие назначению модулей характеристики ОбГО.

Предпочтительным является разработка системы ASFS, единой для всего КЛА (для ДОС или МК). В то же время, при некоторых специфических особенностях структуры ДОС или МК (например, использование в данной ДОС или МК нескольких модулей с искусственной тяжестью с закруткой каждого модуля или закруткой нескольких модулей вокруг общего центра масс), системы ASFS могут разрабатываться отдельно для каждого модуля. Однако, системы ASFS всех модулей, находящихся в составе ДОС или МК, должны быть объединены для передачи сигналов об обнаружении предпожароопасной ситуации в ОбГО «n» - го модуля ДОС или МК для информирования космонавтов.

В состав ДОС и МК, предназначенных для эксплуатации в точках Лагранжа и межпланетных полетов, будут входить модули с изменяемой искусственной тяжестью для проведения исследований по определению влияния величины ускорения силы тяжести на космонавтов и обеспечения комфортного их существования в КЛА при длительном космическом полете (URL:http://epizodsspace.narod.ru/bibl/oks/l9.html. Дата обращения в интернет от 04.08.2014). Требуемая для безболезненного и комфортного существования космонавтов в длительном космическом полете величина ускорения силы тяжести grag по положению указанной статьи должна составлять не менее 300 см/с2 Из табл.1 видно, что при grag=300 см/с2 большинство КНМ способны к воспламенению и горению, так как для них не выполняются условия пожаробезопасности glim.i≥Ks5·grag и glim≥Ks4·grag. Эти КНМ при grag=300 см/с2 способны к воспламенению и горению без вынужденного вентиляционные газового потока, то есть при grag горение КНМ возможно при выполнении условия пожаробезопасности Vlim≥Ks2·Vvf.m. В данном случае, когда grag=300 см/с2, для предотвращения возникновения загораний при обнаружении предпожароопасной ситуации в ОбГО модуля с помощью подсистемы 33 ASFS, максимальную величину ускорения силы тяжести grag.m в ОбГО модуля следует снизить до значения grag=glim.i/Ks5. Для тушения загораний при обнаружении предпожароопасной ситуации в ОбГО с помощью подсистемы 32 ASFS с помощью ПИ по факту появления продуктов горения КНМ в атмосфере ОбГО, максимальную величину grag.m в ОбГО аварийного модуля следует снизить до значения grag=glim/Ks4. При этом должны быть использованы значения glim.i и glim, являющиеся наименьшими из всех значений, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного обитаемого герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов, примененных в ОбГО. По данным табл.1 приведены значения g, до которых следует снизить величину grag для предотвращения возникновения загораний и их тушения в ОбГО модулей ДОС и МК.

7.2. Сразу после запуска противопожарной программы компьютера 28, например, в связи с поступлением сигнала о обнаружении любой предпожароопасных ситуации от подсистем 32 или 33 ASFS компьютерная программа должна исключать из противопожарной программы все последующие операции по выработке команд, управляющих процессами предотвращения возникновения загораний и их тушению и все данные в отношении всех КНМ, которые при концентрации кислорода в атмосфере, равной Cox.fs, зафиксированной в аварийном ОбГО в момент запуска противопожарной программы ASFS в ОбГО и запомненной программой ASFS для дальнейшего оперативного использования, являются негорючими. То есть работа в отношении всех КНМ, для которых выполняется условие пожаробезопасности Clim≥Ks1·CVox.fs, а также в отношении всех композиционных материалов (см. табл 1) системой ASFS выполняться не должна. Данная команда противопожарной программы компьютера 28 ASFS в аварийном ОбГО является приоритетной в связи с тем, что при ее реализации существенно сокращается время выполнения мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в ОбГО ДОС и МК по командам, выработанным бортовым компьютером 28. Если, например, при запуске противопожарной программы компьютера 28 ASFS в каком либо ОбГО ДОС или МК зафиксирована концентрации кислорода Сох fs, равная, например, 30%, то противопожарная программа компьютера ASFS в аварийном ОбГО должна исключать из противопожарной программы все последующие операции по выработке команд, управляющих процессами предотвращения возникновения загораний и их тушения, в отношении следующих КНМ, находящихся в табл. 1: пленка из фторопласта Ф-4МБ (Clim=35,5%); фторопласт-3 (Clim=41,0%); по-лиимидная лента ПМЛ с липким слоем (Clim=42,0%), которые являются негорючими при Cox.fs=30%, благодаря своим физико-химическим свойствам. Стеклотекстолит СФ-135Г исключается из группы горючих КНМ как композиционный материал, который, из-за особенностей свойств остатков сгорания элементов, имеет особый механизм самопотухания при наличии вентиляционного потока, имеющего скорость, находящуюся в штатном диапазоне скоростей вентиляционного потока в ОбГО ДОС или МК. Остальные КНМ, находящихся в перечне табл.1 (их доля составляет 76,5%) являются горючими при Cox.fs=30%-для них не выполняются условия пожаробезопасности Clim≥Ks1·Cox.fs и Vlim≥Ks2·Vvf.m. При наличии таких КНМ в ОбГО пожарная безопасность в нем должна обеспечиваться работой системы ASFS, в том числе, в части предотвращения возникновения загораний, ликвидации предпожароопасных ситуаций в ОбГО модулей ДОС и тушение загораний.

Как было показано ранее, в условиях ОбГО ДОС и МК, предназначенных для эксплуатации в точках Лагранжа и в длительном космическом полете при большой массе горючих материалов в ОбГО крайне затруднительно обеспечить тушение загораний за время, при котором обеспечивалось бы выполнение условие пожаробезопасности №7 (формула 1). Из табл. 1, 3 и 4, видно: чем ниже значения Vlim КНМ и чем выше значение Cox.fs, тем больше времени требуется для достижения условий самопотухания загораний в ОбГО, что мешает выполнению условия пожаробезопасности №7 в ОбГО. Для исключения возникновения в ОбГО модулей ДОС и МК разрушающих пожаров рекомендован ряд мер по минимизации времени самопотухания загораний в ОбГО. Наиболее важным вопросом в ряду пассивных мер предотвращения возникновения пожаров в ОбГО является исключение применения легковоспламеняющихся КНМ, имеющих низкие значения Vlim. Нецелесообразно, а в большинстве случаев пока невозможно исключить применение в ОбГО КЛА многих горючих материалов с необходимыми физико-механическими, физико-химическими и электротехническими свойствами, не нарушающих экологию в ОбГО. В то же время, в ОбГО нередко применяют КНМ, которые являются крайне пожароопасными в условиях ОбГО КЛА. Это, например, КНМ, склонные к тлению. Процесс их горения после локального загорания имеет скрытый беспламенный период, когда появившийся очаг визуально обнаружить трудно, а иногда невозможно. Но по прошествии некоторого, иногда достаточно большого времени, при изменении газодинамической обстановки, концентрации кислорода в атмосфере ОбГО, ее давления, размеров очага, процесс тления может перейти пламенный режим горения, то есть в быстропротекающий пожар. К тлению склонны, как правило, материалы натурального происхождения: хлопчатобумажные, льняные, натуральные кожи, картоны электротехнические и др. Их применяют, как правило, из-за дешевизны и доступности. Вследствие крайне низкой минимальной энергией зажигания этих КНМ в обогащенной кислородом атмосфере и малых значений их Vlim (см. данные для хлопчатобумажного шнура ШХБ 4-3,5 в табл. 1), применение КНМ, склонных к тлению, в ОбГО КЛА ДОС и МК недопустимо. Кроме указанного крайне пожароопасного свойства - неожиданного, не поддающеьуся контролю перехода из тлеющего в пламенный режим горения, материалы натурального происхождения имеют еще одно существенное пожароопасное свойство. При тех низких значениях Vlim, которые имеют тлеющие материалы, времена самопотухания их загораний в несколько раз (от 2 до 5,5) превышают времена самопотухания газофазногорящих материалов (см. табл. 4). Поскольку горение материала в тлеющем режиме должно быть обязательно потушено путем снижения скорости потока атмосферы в ОбГО, равной Vvf.m, до значения Wlim, за счет снижения производительности вентиляционной системы ОбГО, времена достижения условий для самопотухания тлеющих материалов могут составить значительную величину-6-7 минут. При тушении материала в тлеющем режиме за счет снижения значения gsc.m до величины glim потребуется большой расход энергии на обеспечение реактивных сил (топлива, электрической энергии и т.д.). Если параллельно будут гореть элементы из газофазногорящих материалов, прогретые теплом от пламени («О предельных условиях горения полимеров в потоке нагретого газа». / Жевлаков А.Ф. и др. В сб. трудов «Горение конденсированных и гетерогенных систем». // Черноголовка. ИХФ АН СССР. 1980. - С. 51-54), возможно разрушение оборудования в ОбГО. Таким образом, чтобы система обеспечения пожарной безопасности ASFS не давала команд на достижение низких значений Vlim и glim необходимо исключить применение в ОбГО КНМ, склонных к тлению.

Достижение необходимо высокого уровня обеспечения пожарной безопасности в ОбГО ДОС и МК, предназначенных для эксплуатации в точках Лагранжа, невозможно без учета влияния на процессы воспламенения, горения и тушения загораний факторов, проявляющихся при подготовке и выполнении космического полета. В зависимости от способности положительно или отрицательно влиять на пожарную опасность в ОбГО и возможности парирования отрицательного влиятния факторов в рамках инновационной технологии обеспечения пожарной безопасности в ОбГО, указанные факторы подразделяется на две группы:

- положительно влияющие на обеспечение пожарной безопасности: невесомость, вибрация, имеющая в автономном полете частоту при маневрах на орбите, равную 1-2000 Hz при величине 0,2-4g (в течение определенного времени), которая снижает интенсивность горения КНМ («Предельные условия газофазного горения полимерных материалов при вибрации». / Калинкин В.И., Потякин В.И., Мелихов А.С. и др. // В журнале «Физикагорения и взрыва». 1989. - №2. - С. 47-49);

- отрицательно влияющие на обеспечение пожарной безопасности: повышенная концентрация кислорода в атмосфере ОбГО, наличие ускорения силы тяжести, превышающего значения glim.i; и glim, скорость вентиляционного потока, превышающая значения Vlim.i и Vlim, довзрывные концентрации водорода и метана, значительно повышающие интенсивность протекания пожара при горении КНМ («О способности полимеров к горению в атмосфере, содержащей горючие газы». / Болодьян И.А., Жевлаков А.Ф., Третьяков В.А., Мелихов А.С. // «Вопросы горения и тушения полимерных материалов в обогащенных кислородом средах». - М.:ВНИИПО, 1979. - С. 22-27), давление атмосферы, пониженное до значений 1,5-2 кРа при аварийной разгерметизации ОбГО, при котором создаются условия для возникновения и развития по особому механизму очагов пожара в невесомости (Потякин В.И., Мелихов А.С, Иванов Б.А. «Об условиях существования сферического пламени при действии ускорения силы тяжести» // В сб. трудов «Химическая физика процессов горения и взрыва». -Черноголовка. 1986.-С.85-88).

7.5. На основе результатов изучения влияния на процессы воспламенения, горения и тушения загораний факторов, проявляющихся при подготовке и выполнении космического полета разработана инновационная технология обеспечения пожарной безопасности в условиях ОбГО ДОС и МК, предназначенных для эксплуатации в точках Лагранжа и в длительном космическом полете. Погрешности определения показателей пожарной опасности КНМ, приводящие к погрешностям при выполнении условий пожаробезопасности, компенсируются введением в условия пожаробезопасности коэффициентов безопасности.

В качестве иллюстрации действия активного средства противопожарной защиты, а именно, тушения загораний в условиях ОбГО за счет обоснованно установленного снижения скорости потока атмосферы в ОбГО путем уменьшения производительности вентиляционной системы ОбГО, могут рассматриваться результаты исследований и основанные на них технические решения, представленные в работах (Болодьян И.А., Иванов А.В., Мелихов А.С. / «Горение твердых неметаллических материалов в условиях микрогравитации». // «Материалы 5-го симпозиума «Азия - Океания» по науке и технике пожара», г. Ньюкасл, Австралия, 3-6 декабря 2001. - С. 195-204; «Предварительные результаты третьей серии экспериментов по исследованию горения неметаллических материалов в ЭУ «Скорость» на борту орбитальной станции «Мир». / Иванов А.В., Алымов В.Ф., Мелихов А.С. и др. // «Proceedings of the Fifth International Micro-gravity Combustion Workshop». Cleveland, Ohio. May 18-20 1999). Основной целью экспериментов по исследованию процесса горения материалов на ЭУ «Скорость» на борту орбитальной станции «Мир» являлось подтверждение основного положения, обнаруженного в результате теоретических и экспериментальных исследований в наземных условиях, о невозможности диффузионного горения КНМ в невесомости в покоящейся газовой среде. Основополагающий результат был получен в 1-й серии экспериментов на борту станции «Мир». Эксперименты в ЭУ «Скорость» проводились с газофазногорящими образцами из органического стекла СО-120А (ПММА, см. табл. 1), выполненными в виде пластин размером 8x60 мм и толщиной 1, 2 и 3 мм. На фиг. 3 проиллюстрирован процесс развития горения и процесс потухания плоского элемента 10 из органического стекла СО-120А толщиной 2 мм при Cox=23%. Данный элемент был зажжен с помощью электроспирали при скорости газового потока, равной 6,4 см/с (кадр п. 4). Затем (кадр п. 5) для определения влияния скорости газового потока на процесс горения КНМ в невесомости она была повышена до 15 см/с. Длина пламени 11, отражающая интенсивность горения элемента и размеров очага загорания, в течение нескольких секунд увеличилась с 25 до 70 мм. Для предотвращения развития интенсивного и поэтому пожароопасного для ОбГО модуля ДОС «Мир» горения элемента из органического стекла и для определения возможности или невозможности диффузионного горения КНМ в невесомости в покоящейся газовой среде, на 5-й минуте после зажигания элемента и развития его горения, в промежутке времени между 5 и 6 кадрами (см. фиг. 3) был прекращен обдув элемента - выключен вентилятор в ЭУ «Скорость». В течение не более 2 с произошла перестройка формы пламени. Оно начало отходить от поверхности элемента в зону с остановившейся (покоящейся) окислительной средой, в которой еще сохранился окислитель. В итоге, для обеспечения питания окислителем и продолжения своего существования пламя увеличилось до большой площади - не менее 80 см2 (кадр 7). После снижения концентрации окислителя в области, приближенной к пламени, оно уменьшилось в размерах и приняло форму, близкую к сферической (кадр 8), которая является наиболее благоприятной для доставки окислителя в пламя за счет молекулярной диффузии. Однако, поскольку при давлении среды, близкой к 0,1 МПа, молекулярная диффузия не обеспечивает устойчивого горения материалов, температура пламени стала снижаться. Оно приобрело голубой цвет (кадр 9), что характерно для последней стадии потухания материалов. Элемент из органического стекла потух через 18 с после выключения вентилятора. Сам процесс потухания органического стекла в невесомости не превышает 1 с (Потякин В.И., Мелихов А.С., Иванов Б.А. «Об условиях существования сферического пламени при действии ускорения силы тяжести». // В сб. трудов «Химическая физика процессов горения и взрыва». - Черноголовка. 1986. - С. 85-88). В ЭУ «Скорость» после выключения вентилятора его крыльчатка продолжает по инерции вращаться в течениее 7-8 с, создавая скорость газового потока в камере горения, превышающую значение Vlim для ПММА. После этого, согласно модели, описанной ранее, скорость потока газовой среды в камере горения ЭУ «Скорость» достигла значения Vlim ПММА, после чего произошло потухание пластины из ПММА.

В 3-серии экспериментов на борту станции «Мир» при горении элементов из плавящихся материалов (полиацетала /делрина/, полиэтилена, пластифицированного органического стекла) образовывалась постепенно растущая в размерах кипящая капля расплава материала, которая не скапывала в отличие от того, как это происходит при горения в наземных условиях, а надежно удерживалась твердым основанием материала. На фиг. 4 показан процесс горения и потухания элемента из полиэтилена диаметром 4,5 мм и длиной 60 мм. Элемент был зажжен в ЭУ «Скорость» при скорости газового потока, равной 8,5 см/с (кадр 12). При этой не высокой скорости потока наблюдалось интенсивное горение элемента. Далее, в промежутке времени между кадрами 12 и 13, был прекращен обдув элемента-выключен вентилятор в ЭУ «Скорость». В течение не более 3 с (по видеозаписи) произошла перестройка конфигурации пламени. При скорости потока, равной 8,5 см/с (кадр 12), пламя имело ярко желтый цвет, что указывает на образование сажи и неполноту сгорания продуктов пиролиза полиэтилена при указанной скорости газового потока. После выключения вентиляции пламя стало голубым (кадры 13 и 14). При этом проявилось характерное для околопредельных условий горения и потухания материалов колебательное движение пламени (13-пламя короткое, 14-пламя длинное) с частотой 1,4 Гц. Элемент из полиэтилена потух через 10 с после выключения вентилятора. При горении капля расплава полиэтилена была прозрачная 17, после потухания и остывания - не прозрачная 21.

Достоинством разработанных пассивных и активных средств противопожарной защиты является то, что за счет используемых технических решений, разработанных на основе обнаруженных физических явлений в процессе горения КНМ в условиях невесомости и при малых ускорениях силы тяжести, в ОбГО КЛА в случае аварийных отказов в электрооборудовании (КЗ, обрыв электроцепей и др., приводящих к отключению электропитания систем ОбГО, в том числе системы общеобъменной вентиляции в ОбГО), происходит самопроизвольное потухание загораний, произошедших в ОбГО КЛА при аварии. Эти качества примененных технических решений не позволяют перейти аварийному процессу от загораний к развитому пожару с недопустимыми уровнями опасных факторов пожара.

Как было отмечено ранее, пожарная безопасность ОбГО КЛА с высокой надежностью может быть достигнута за счет сочетанного применения пассивных и активных средств обеспечения пожарной безопасности. Оптимизированное соотношение между затратами на сочетанное применение пассивных и активных средств обеспечения пожарной безопасности может быть определено с помощью подхода, представленного в работе (Мелихов А.С., Попов A.M. / «Оптимизация материальных затрат на обеспечение пожарной безопасности изделий». // В сб. трудов «Вопросы горения и тушения полимеров». // - М.: ВНИИПО, 1992. - С.3-8).

В связи с развитием нового актуальнного направления пилотируемой космонавтики, заключающемся в размещении и эксплуатации укрупненных космических станций в течение длительного времени в точках Лагранжа различных космических систем, встал вопрос о разработке надежных и экономичных способов и средств обеспечения пожарной безопасности обитаемых гермоотсеков модулей указанных ДОС и межпланетных кораблей. На основе результатов фундаментальных исследований процессов воспламенения, горения и тушения загораний в условиях обитаемых гермоотсеков модулей ДОС и МК сформирована инновационная технология обеспечения пожарной безопасности модулей ДОС и МК и предложена реализуемая указанную технологию автоматическая система обеспечения пожарной безопасности обитаемых гермоотсеков данных КЛА-ASFS, осуществляющая предотвращение возникновения и тушение загораний в ОбГО модулей ДОС и МК. Система ASFS обеспечиевает пожарную безопасность обитаемых гермоотсеков ДОС и МК с помощью пассивной и активной противопожарной защиты, основанной на использовании физических явлений, проявляющихся при протекании процессов воспламенения, горения и самопотухания загораний материалов и веществ в космическом полете без применения огнетушащих веществ. Частично технические решения, составляющие инновационную технологию применены при обеспечении пожарной безопасности обитаемых гермоотсеков модулей российского сегмента Международной космической станции, где зарекомендовали себя как эффективные и надежные.

1. Способ обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках Лагранжа, включающий в себя противопожарные приемы, обеспечивающие предотвращение возникновения загораний и их тушение в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, отличающийся тем, что для обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, при обнаружении в обитаемом герметичном отсеке модуля с помощью соответствующих подсистем обнаружения токовой перегрузки электроцепей или появления в атмосфере обитаемого герметичного отсека продуктов пиролиза или/и продуктов горения конструкционных неметаллических материалов или веществ, как следствий возникших в обитаемом герметичном отсеке предпожароопасных ситуаций, осуществляют автоматический запуск противопожарной программы компьютера системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемом герметичном отсеке, которая выполняет прием сигналов об обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке модуля долговременной орбитальной станции или межпланетного корабля, выработку сигналов о возникновении предпожароопасных ситуаций и подачу их на звуковые и световые пожарные оповещатели, а также на пульты пожарной сигнализации модулей станции или корабля с отображением обнаруженной предпожароопасной ситуации на пультах для информирования космонавтов, и одновременно фиксирует и запоминает значение концентрации кислорода в атмосфере данного обитаемого герметичного отсека (Cox.fs, в объемных %), значение максимальной скорости вентиляционного потока в обитаемом герметичном отсеке (Vvf.m, в см/с), значение максимального ускорения силы тяжести (gsc.m, в см/с2) в обитаемом герметичном отсеке модуля, величину напряжения в аварийной цепи при аварийной ситуации (Ucir.fs, в V), поступающих от соответствующих подсистем измерения, для использования данной информации при выполнении с применением показателей горючести материалов и веществ, применяемых в аварийном обитаемом герметичном отсеке модуля, и условий обеспечения их пожаробезопасности в космическом полете, введенных в противопожарную программу компьютера системы обеспечения пожарной безопасности, команд по исключению из всех последующих операций, вырабатываемых и используемых противопожарной программой компьютера, операций по предотвращению возникновения загораний и тушения материалов и веществ, для которых выполняется условие пожаробезопасности Clim≥Ks∗Cox.fs, где Clim - предельная для горения материала концентрация кислорода, учтывающая конструкционные условия применения материала, при максимальном рабочем давлении атмосферы в обитаемом герметичном отсеке долговременной орбитальной станции или межпланетного корабля, %; Ks - коэффициент безопасности; Cox.fs - значение концентрации кислорода, имеющей место в атмосфере аварийного обитаемого герметичного отсека в момент автоматического запуска противопожарной программы компьютера системы обеспечения пожарной безопасности по сигналу об обнаружении предпожароопасной ситуации, а также композиционных и других аналогичных материалов и веществ с не плавящимся при горении связующим и негорючим наполнителем, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке, связанной с токовой перегрузкой электрических цепей оборудования в герметичном отсеке, то есть при невыполнении в обитаемом герметичном отсеке условия пожаробезопасности Ilim≥Ks∗Icir.fs, где Ilim - предельно допустимые значения тока в цепях электрооборудования при Cox.fs, А и Ucir.fs, V; Icir.fs - значение тока в аварийной цепи электрооборудования в момент возникновения предпожароопасной ситуации, A, Ucir.fs - напряжение в перегруженной током цепи в момент возникновения предпожароопасной ситуации, V, оперативно, за счет уменьшения производительности вентиляционной системы обитаемого герметичного отсека производят снижение максимальной скорости вентиляционного потока атмосферы в обитаемом герметичном отсеке от значения Vvf.m, превышающего значения Vlim.i применяемых в герметичном отсеке материалов и веществ, до значения Vlim.i, являющегося наименьшим из всех значений Vlim.i, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного обитаемого герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов, примененных в обитаемом герметичном отсеке, для достижения газодинамического состояния в герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов и веществ Vlim.i≥Ks∗Vvf.m, где Vlim.i - предельная для воспламенения материала или вещества скорость потока в невесомости при Cox.fs, см/с; Vvf.m - максимальная скорость вентиляционного потока в обитаемом герметичном отсеке в момент автоматического запуска противопожарной программы компьютера системы обеспечения пожарной безопасности, см/с, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке по появившимся в атмосфере данного обитаемого герметичного отсека продуктам пиролиза или/и продуктам горения материалов или веществ, оперативно, за счет уменьшения производительности вентиляционной системы обитаемого герметичного отсека производят снижение максимальной скорости вентиляционных потоков атмосферы в герметичном отсеке от значения Vvf.m, превышающего значения Vlim применяемых в герметичном отсеке материалов, до значения Vlim, являющегося наименьшим из всех значений Vlim, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов, примененных в герметичном отсеке, для достижения газодинамического состояния в герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов Vlim≥Ks∗Vvf.m, где Vlim - предельная для горения материала скорость потока в невесомости при Cox.fs, см/с, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке, связанной с токовой перегрузкой электрических цепей оборудования в обитаемом герметичном отсеке и при обнаруженном наличии в герметичном отсеке в данный момент ускорения силы тяжести gsc.m, превышающего значения glim.i для материалов и веществ, примененных в аварийном обитаемом герметичном отсеке, определенных при Сох.fs, оперативно, с помощью работы реактивных двигателей управления ориентацией ДОС или МК и торможения ее движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью, производят снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значения glim.i, являющегося наименьшим из всех значений glim.i, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов и веществ, примененных в обитаемом герметичном отсеке, для достижения гравитационного состояния в обитаемом герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов и веществ glim.i≤Ks∗gsc.m, где glim.i - предельное для воспламенения материала или вещества значение ускорения силы тяжести, см/с2, при обнаружении предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке по появившимся в атмосфере обитаемого герметичного отсека продуктам пиролиза или/и продуктам горения материалов и веществ, обнаруженным с помощью соответствующей подсистемы обнаружения предпожароопасной ситуации и при обнаруженном наличии в герметичном отсеке в данный момент ускорения силы тяжести gsc.m, превышающего значения glim для материалов и веществ, примененных в аварийном обитаемом герметичном отсеке, определенных при Cox.fs, оперативно, с помощью работы реактивных двигателей управления ориентацией станции или корабля и торможения их движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью, производят снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значения glim, являющегося наименьшим из всех значений gljm, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов и веществ, примененных в герметичном отсеке, для достижения гравитационного состояния в герметичном отсеке, при котором выполняются условия пожаробезопасного применения материалов glim≤Ks∗gsc.m, где glim - предельное для горения материала или вещества значение ускорения силы тяжести, см/с2, при обнаруженном наличии в герметичном отсеке ускорения силы тяжести gsc.m, превышающего значения glim.i для материалов и веществ, примененных в аварийном обитаемом герметичном отсеке, и определенных при Cox.fs, снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значений glim.i и glim производят одновременно со снижением скорости вентиляционных потоков атмосферы в герметичном отсеке со значения Vvf.m до значений Vlim.i и Vlim, являющимися наименьшими из всех значений Vlim.i и Vlim, определенных при концентрации кислорода в атмосфере данного аварийного герметичного отсека, равной Cox.fs, для всех материалов и веществ, примененных в герметичном отсеке, при выполнении условий пожаробезопасного применения материалов, а также условий пожаробезопасности для обитаемых герметичных отсеков долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей в целом, время снижение ускорения силы тяжести со значения gsc.m до значений glim.i и glim за счет работы реактивных двигателей управления ориентацией станций и кораблей и торможения их движения, а также реактивного или механического торможения вращения модулей с искусственной тяжестью не должно превышать времени снижения за счет вязкостных сил скорости вентиляционных потоков атмосферы в обитаемом герметичном отсеке со значения Vvf.m до значений Vlim.i и Vlim.

2. Устройство для реализации способа обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для эксплуатации в точках Лагранжа, содержащее измеритель скорости вентиляционного потока около поверхности горючих элементов из конструкционных неметаллических материалов в полномасштабном термостатированном макете обитаемого герметичного отсека модуля космического летательного аппарата в наземных условиях, систему обнаружения пожара в обитаемом герметичном отсеке и средство управления производительностью вентиляционной системы для снижения скорости вентиляционного потока в обитаемом герметичном отсеке в месте расположения элементов из горючих материалов до определенных значений, отличающееся тем, что система обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, выполнена автоматической и состоит из трех частей, представляющих собой комплексы составляющих, объединенных в единую систему, управляемую противопожарной программой компьютера указанной автоматической системы обеспечения пожарной безопасности, включающей в себя, во-первых, блок подсистем, предназначенных для определения параметров, характеризующих свойства атмосферы, газодинамические и гравитационные условия в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, отражающих в себе концентрацию кислорода в атмосфере обитаемого герметичного отсека модуля, максимальную, независимо от места существования в объеме обитаемого герметичного отсека, скорость вентиляционного потока в отсеке модуля, максимальное значение ускорения силы тяжести в обитаемом герметичном отсеке модуля, а также средства обнаружения предпожароопасных ситуаций в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, во-вторых, компьютер управления работой автоматической системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, в-третьих, интерфейсы компьютера, через которые команды, выработанные компьютером, передают на подсистемы, а затем на устройства и системы модулей станции или корабля для информирования экипажа о возникновении предпожароопасных ситуаций и выполнения комплекса технических мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в обитаемых герметичных отсеках модулей долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, при этом в состав первой части системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках, включены подсистемы обнаружения возникновения предпожароопасных ситуаций посредством обнаружения токовой перегрузки электроцепей оборудования в обитаемом герметичном отсеке или/и посредством обнаружения появления в атмосфере аварийного обитаемого герметичного отсека продуктов пиролиза или/и продуктов горения конструкционных неметаллических материалов или веществ, как следствия возникшей в обитаемом герметичном отсеке предпожароопасной ситуации, обе подсистемы обнаружения возникновения предпожароопасных ситуаций соединены с компьютером управления работой автоматической системы обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках модулей станции или корабля для осуществления запуска противопожарной программы компьютера от сигнала, пришедшего в компьютер из любой упомянутой подсистемы обнаружения предпожароопасной ситуации в обитаемом герметичном отсеке, последующего определения и запоминания для дальнейшего оперативного использования при выполнении мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний по командам, выработанным компьютером с помощью введенных в его постоянную память соотношений, отражающих условия пожаробезопасности, которые должны выполняться для обеспечения пожарной безопасности в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, а также перечней конструкционных неметаллических материалов и веществ, примененных в оборудовании обитаемого герметичного отсека каждого модуля, со значениями показателей их пожарной опасности, определенных для условий космического полета с учетом конструкционных условий применения материалов и предельно допустимых значений тока в цепях электрооборудования в зависимости от напряжения в цепи и концентрации кислорода в атмосфере обитаемого герметичного отсека каждого модуля станции или корабля, при этом компьютер с противопожарной программой через интерфейсные выходы соединен с подсистемами третьей части автоматической системы обеспечения пожарной безопасности, осуществляющими по командам, выработанным компьютером, отображение обнаруженной предпожароопасной ситуации на пультах в обитаемых герметичных отсеках модулей для информирования экипажа о возникшей предпожароопасной ситуации и выполнение комплекса технических мероприятий по предотвращению возникновения и тушения загораний в обитаемых герметичных отсеках долговременных орбитальных станций и межпланетных кораблей, предназначенных для полетов к точкам Лагранжа и эксплуатации их в этих точках.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике пожаротушения. Способ получения огнетушащей струи включает создание потока газовой смеси продуктов горения углеводородных топлив и подачу воды в поток газовой смеси.

Изобретение относится к противопожарной технике. Система пожаротушения содержит сосуд с огнетушащим веществом, пусковой баллон с рабочим газом, сеть трубопроводов с оросителями.

Пожарный дирижабль содержит полужесткий, заполненный газом легче воздуха корпус, систему силовых энергетических установок, систему движителей с изменяемым вектором тяги, систему балласта, систему управления, грузовые отсеки с баками для воды, систему устройств для закачивания воды в баки и для прицельного выброса воды.

Настоящее изобретение относится к огнеупорным стальным конструкциям по меньшей мере с одной огнеупорную панелью, закрывающей стальную конструкцию. Панель включает в себя перфорированную металлическую пластину (14), внутренний расширяющийся огнеупорный слой (12) определенной толщины (t1) на внутренней стороне перфорированной металлической пластины (14) и внешний расширяющийся огнеупорный слой (13) определенной толщины (t2) на внешней стороне перфорированной металлической пластины (14).

Изобретение относится к огнезащитной части с плоской конструкцией, присоединенной по меньшей мере к одной ограничивающей лицевой части для ограничения помещения. Одностадийный способ непрерывного изготовления огнезащитной части включает следующие этапы: - использование двух накопительных емкостей, причем первая накопительная емкость содержит исходные материалы огнезащитного состава: - 25-70 масс.% SiO2 (содержание твердого вещества), - 0,05-10 масс.% поверхностно-активных веществ, - 0,1-25 масс.% полиола, - 0,05-2 масс.% оксида щелочных металлов, - 0,05-20 масс.% кислоты, - 0,01-10 масс.% антикоррозионного материала, - дистиллированную или деионизированную воду, и эти исходные материалы смешаны в первой накопительной емкости, а вторая накопительная емкость содержит основной исходный материал; - использование двух подающих устройств для подачи исходных материалов из соответствующей накопительной емкости в смешивающее устройство, причем обеспечена возможность предварительного определения массы исходных материалов, поданных на смешивающее устройство; - смешивание исходных материалов из двух накопительных емкостей для формирования смеси материалов в смешивающем устройстве; - непрерывная дегазация смеси материалов путем поворота в устройстве, приводимом в действие разрежением; - подача дегазированной смеси материалов посредством дополнительного подающего устройства для обработки; - обработка дегазированной смеси материалов путем наполнения полости, образованной двумя пластиновидными ограничивающими лицевыми частями для ограничения помещения, расположенными, по существу, параллельно друг другу и уплотненными по периферии за исключением направленного вверх отверстия для заполнения образованной полости, и - отверждение смеси материалов при повышенной температуре, составляющей 65-95°C.
Изобретение относится к средствам пожаротушения в скоростном железнодорожном поезде. Способ состоит в том, что в стенках вагонов выполняют полости-воздуховоды, соединенные с ресивером сжатого воздуха, связанным с компрессором.

Противопожарное или дымозащитное устройство для отверстия (12) в части (14) здания, в частности для ворот, содержащее гибкий плоский противопожарный элемент (16), который выполнен с возможностью приведения в положение хранения, в котором противопожарный элемент (16) сложен в местах (18) складывания, и в положение уплотнения, в котором противопожарный элемент (16) развернут и закрывает отверстие (12), при этом противопожарный элемент (16) имеет по меньшей мере на одной стороне углубление (32), которое может по меньшей мере частично окружать часть (14) здания для направления противопожарного элемента (16).

Изобретение относится к судостроению, касается средств противопожарной защиты и предназначено для локализации пожара, возникшего в крупногабаритных помещениях, ангарах, грузовых и транспортных трюмах кораблей и гражданских судов.

Изобретение относится к системе инертизации грузовых трюмов для предотвращения самовозгорания груза в рейсе на действующих и проектируемых балкерах и сухогрузах, перевозящих склонные к самовоспламенению навалочные грузы, такие как железо прямого восстановления в виде мелочи, окатышей и брикетов, уголь и т.п.

Изобретение относится к области противопожарных муфт и направлено на повышение удобства использования. Металлическая корпусная полоса для противопожарной муфты, предназначенная для монтажа вокруг кондуктора, имеет ряд последовательных язычков и вырезов в продольном направлении полосы.
Наверх