Pred pár dňami sme boli za Mesiacom. NASA tam chce teraz priniesť oheň

Človek ku svojmu životu potrebuje mnoho vecí a medzi nimi aj oheň. Ten je na Zemi nevyhnutný pre výrobu energie, spracovanie materiálov či prípravu jedla, no v prostredí vesmíru predstavuje aj jednu z najväčších hrozieb. Prostredníctvom experimentu FM2 budú vedci skúmať horenie materiálov v zníženej gravitácii a odhalia skryté nebezpečenstvá, ktoré by mohli ohroziť budúce trvalé lunárne základne.

Ľudský prieskum hlbokého vesmíru prináša množstvo neznámych, ktoré preverujú nielen technologickú pripravenosť, ale aj psychickú odolnosť astronautov. Existuje však jedna hrozba, ktorá vyvoláva medzi konštruktérmi NASA obzvlášť veľké obavy – požiar. Ako sa blížime k obdobiu, keď bude ľudská prítomnosť na povrchu Mesiaca dlhodobá alebo dokonca trvalá, potreba pochopiť správanie plameňov v tomto prostredí sa stala jednou z absolútnych priorít. Bez presného poznania mechanizmov šírenia ohňa by sa totiž materiály použité na výstavbu obytných modulov mohli stať nebezpečnými pascami.

Na Zemi sme si zvykli predvídať správanie požiarov pomerne spoľahlivo. Gravitačná sila zohráva zásadnú úlohu pri tom, ako sa plameň šíri a ako sa dá uhasiť. Horúce plyny stúpajú smerom nahor a vytvárajú konvekčné prúdy, ktoré k plameňu privádzajú čerstvý kyslík. V niektorých prípadoch, ak je materiál menej horľavý, tento rýchly pohyb vzduchu spôsobí takzvaný „blowoff“, teda prirodzené sfúknutie plameňa ešte v počiatočnej fáze horenia. Na Mesiaci sa však tieto fyzikálne zákony prejavujú úplne inak.

Gravitácia na Mesiaci je približne šesťkrát slabšia než na Zemi, čo zásadne mení správanie plynov aj samotného ohňa. Prúdenie plynov síce existuje, ale prebieha oveľa pomalšie. Výsledok je paradoxný – kyslík dokáže plameň zásobovať, no nevzniká dostatočne rýchly pohyb vzduchu, ktorý by mohol plameň prirodzene udusiť. To znamená, že materiály, ktoré sú na Zemi považované za relatívne bezpečné alebo dokonca samozhášavé, môžu na Mesiaci horieť výrazne dlhšie. Aj drobný incident by sa tak mohol zmeniť na vážnu haváriu ohrozujúcu život astronautov v uzavretom priestore lunárnych modulov.

Oheň vo vesmíre predmetom skúmania

Počas uplynulých desaťročí NASA vyvinula prísne normy na testovanie horľavosti materiálov určených pre vesmírne misie. Jednou z najdôležitejších je norma NASA-STD-6001B, ktorá stanovuje, ako sa má testovať schopnosť materiálov odolávať ohňu. V rámci tohto testu sa plameň priblíži k spodnej časti vzorky umiestnenej vo vertikálnej polohe. Ak sa plameň rozšíri o viac než 15 centimetrov alebo ak zo vzorky odpadávajú horiace časti, materiál je vyradený z použitia. Takéto skúšky sa však vykonávajú na Zemi, kde je jasne definované, čo znamená smer hore a dole.

V podmienkach mikrogravitácie, aké panujú napríklad na Medzinárodnej vesmírnej stanici, sa plamene nesprávajú tak, ako sme zvyknutí. Namiesto šľahajúcich jazykov smerujúcich nahor vytvárajú takmer guľovité útvary, ktoré sa pomaly rozširujú. Ich pohyb je výrazne ovplyvnený systémami ventilácie, ktoré zabezpečujú prúdenie vzduchu v uzavretých priestoroch. Zaujímavé je, že vypnutie ventilátorov nemusí viesť k okamžitému zhasnutiu požiaru. Materiály môžu pokračovať v takzvanom tlejúcom horení bez viditeľného plameňa, pričom sa môžu znovu rozhoriť po obnovení prúdenia vzduchu.

V minulosti sa uskutočnili aj experimenty známe pod názvom Saffire, ktoré prebiehali v nákladných kapsulách Cygnus pred ich plánovaným zničením v atmosfére Zeme. Tieto testy ukázali, že plamene v mikrogravitácii sa môžu šíriť neočakávanými smermi, dokonca aj proti prúdeniu vzduchu. Takéto výsledky naznačujú, že naše pozemské skúsenosti s ohňom nemusia byť dostatočné na zabezpečenie bezpečnosti vo vesmíre alebo na Mesiaci.

Experiment FM2

Práve preto vznikol experiment s názvom Flammability of Materials on the Moon, skrátene FM2. Tento experiment predstavuje dôležitý krok k pochopeniu správania ohňa priamo na povrchu Mesiaca. FM2 bude realizovaný v rámci programu Commercial Lunar Payload Service (CLPS), ktorý umožňuje dopravovať vedecké zariadenia na Mesiac pomocou komerčných pristávacích modulov. V rámci experimentu bude použitá uzavretá spaľovacia komora, v ktorej sa zapália štyri vzorky tuhého paliva. Pôjde o historicky prvý prípad, keď budú vedci sledovať horenie materiálov priamo na lunárnom povrchu počas dlhšieho časového obdobia.

Spaľovacia komora bude vybavená modernými meracími prístrojmi vrátane vysokorýchlostných kamier, radiometrov a senzorov sledujúcich koncentráciu kyslíka. Každý moment horenia bude detailne zaznamenaný a analyzovaný. Získané údaje pomôžu vytvoriť most medzi poznatkami zo Zeme, z prostredia mikrogravitácie a zo zníženej gravitácie na Mesiaci. Aj keď je vyslanie takéhoto zariadenia na lunárny povrch mimoriadne nákladné, odborníci zdôrazňujú, že skutočné dáta z reálneho prostredia nemožno plnohodnotne nahradiť simuláciami alebo laboratórnymi testami.

Výsledky experimentu FM2 budú mať zásadný význam pre návrh budúcich lunárnych základní. V nasledujúcich desaťročiach sa plánuje výstavba trvalých obytných modulov, v ktorých budú astronauti pracovať a žiť celé mesiace. Materiály použité pri výstavbe musia byť odolné voči ohňu a zároveň ľahké, aby sa dali efektívne dopraviť z povrchu Zeme. Ak sa ukáže, že niektoré z dnes používaných materiálov reagujú v lunárnom prostredí nepredvídateľne, bude potrebné upraviť konštrukčné postupy aj bezpečnostné normy.

Výskum správania ohňa na Mesiaci môže priniesť aj nečakané vedľajšie prínosy pre život na Zemi. Lepšie pochopenie procesov horenia v rôznych podmienkach môže pomôcť pri vývoji bezpečnejších stavebných materiálov, protipožiarnych systémov či nových technológií na hasenie požiarov. Takéto poznatky môžu byť užitočné napríklad pri riešení požiarov v uzavretých priestoroch, v dopravných prostriedkoch alebo v extrémnych prostrediach, kde je prúdenie vzduchu obmedzené.

NASA aj ďalšie vesmírne agentúry vnímajú Mesiac ako kľúčový medzistupeň na ceste k ešte vzdialenejším cieľom, ako je napríklad Mars. Ak sa podarí bezpečne zvládnuť život v podmienkach zníženej gravitácie na Mesiaci, otvorí sa cesta k dlhodobým misiám do hlbokého vesmíru. Experiment FM2 je preto viac než len vedecký pokus – je to jeden z krokov smerujúcich k tomu, aby sa človek stal trvalým obyvateľom iných svetov. Oheň, ktorý bol v histórii ľudstva symbolom pokroku, sa tak stáva aj jedným z najdôležitejších predmetov výskumu pri dobývaní vesmíru.