Wissen Raumfahrt zum Mars: Brandgefahr für Astronauten
Eine mögliche Marsmission könnte gefährlich werden. Denn die Brandgefahr ist laut einer Studie deutlich höher als auf der internationalen Raumstation ISS. Ein Forschungsteam des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (Zarm) der Universität Bremen hat die Brandgefahr auf Raumfahrzeugen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Brände bei geplanten Explorationsmissionen, wie beispielsweise einem Flug zum Mars, deutlich schneller ausbreiten könnten als auf der internationalen Raumstation ISS. Der Grund ist die geplante Umstellung auf einen niedrigeren Umgebungsdruck an Bord von Raumfahrzeugen.
„Ein Brand an Bord eines Raumfahrzeugs ist eines der gefährlichsten Szenarien in der Raumfahrt. Es gibt kaum Möglichkeiten, sich in Sicherheit zu bringen oder von Bord zu fliehen. Daher ist es entscheidend, das Verhalten von Bränden unter diesen speziellen Bedingungen zu verstehen“, erklärt Florian Meyer, Leiter der Zarm-Forschungsgruppe Verbrennungstechnologie.
Sauerstoff und Luftströmung als Brandbeschleuniger
Bereits seit 2016 führt das Forschungsteam Experimente zur Ausbreitung von Bränden in der Schwerelosigkeit durch. Die Umgebungsbedingungen entsprechen in etwa denen auf der ISS – mit einem Sauerstoffanteil in der Atemluft und einem Umgebungsdruck ähnlich wie auf der Erde sowie einer erzwungenen Luftzirkulation. „Diese früheren Experimente haben gezeigt, dass sich Flammen in der Schwerelosigkeit völlig anders verhalten als auf der Erde. Ein Feuer brennt mit kleinerer Flamme und breitet sich langsamer aus, wodurch es lange Zeit unbemerkt bleiben kann“, erläutert Meyer. Es brenne allerdings heißer und könne dadurch auch Materialien entzünden, die auf der Erde prinzipiell nicht brennbar seien. Zudem könnten aufgrund von unvollständiger Verbrennung mehr giftige Gase entstehen.
Für zukünftige Raumfahrtmissionen plane man derzeit mit veränderten atmosphärischen Bedingungen. Die Crew solle einem niedrigeren Druck ausgesetzt werden. Dies biete zwei entscheidende Vorteile: Die Astronautinnen und Astronauten könnten sich schneller auf einen Außeneinsatz vorbereiten und das Raumfahrzeug könnte leichter, also mit weniger Masse gebaut werden, was Treibstoff spare. Der Nachteil: Bei niedrigerem Druck benötige die Crew einen höheren Sauerstoffanteil in der Atemluft – und das könnte bei Feuer gefährliche Auswirkungen haben. Dass auch die Geschwindigkeit der Luftströmung einen starken Einfluss auf die Ausbreitung von Feuer habe, sei aus verschiedenen Alltagssituationen, vom Anzünden der Grillkohle bis zur Bekämpfung von Waldbränden, bekannt.
Je höher der Druck, desto schneller breitet sich Feuer aus
Die aktuelle Experimentreihe, die der Studie zugrunde liegt, lief unter Schwerelosigkeitsbedingungen im Fallturm Bremen ab. Florian Meyer und sein Team haben die Flammenausbreitung nach dem Anzünden von Plexiglasfolien beobachtet und untersucht, wie das Feuer reagiert, wenn man jeweils einen der drei Aspekte Luftdruck, Sauerstoffanteil und Strömungsgeschwindigkeit stufenweise verändert.
Die Ergebnisse der Experimentreihe seien eindeutig: Obwohl der niedrigere Druck abmildernd gewirkt habe, hätten die brandbeschleunigenden Effekte des erhöhten Sauerstoffgehalts der Luft überwogen. „Eine Anhebung des Sauerstoffanteils von 21 Prozent wie auf der ISS auf die geplanten 35 Prozent bei künftigen Raumfahrtmissionen führt dazu, dass sich ein Feuer dreimal schneller ausbreitet. Das bedeutet einen enormen Anstieg des Brandrisikos“, hebt Meyer hervor. Die kritischen Faktoren müssten bei der Konzeption von Raumfahrtmissionen berücksichtigt werden, um das Brandrisiko zu mindern und die Sicherheit der Astronaut zu verbessern.