於載人航天任務期間，火災屬於特別緻命的威脅當中的一個。跟地面環境不一樣，太空微重力環境裡的火焰行為，以及煙霧擴散，還有滅火劑作用方式都產生了根本性的變化。去研究並應用有效的零重力火災撲救技術跟系統，這是保障航天器內航天員生命安全以及任務成功的關鍵的一個環節。本文會從多個層面探究這一領域的核心知識，以及現有技術，還有挑戰與未來方向。
微重力下火焰為什麼是球形
在地面之上，鑑於浮力對流的作用，致使熱空氣往上升騰，冷空氣向下沉降，進而形成了我們所熟知的那種被拉長的火焰形態。然而在微重力的環境當中，這種浮力效應基本上已然消失不見。在這個時候，燃燒主要是依靠分子擴散的過程，具體而言就是氧氣以及燃料蒸汽借助緩慢的分子運動進行混合，於是火焰就朝著四周均勻地擴散開來，最終建構起一個近似為球形的藍色火焰。這種火焰的燃燒溫度一般是低於地面火焰的，燃燒的速度同樣更加緩慢，不過其蔓延的規律以及對周圍材料的加熱方式卻顯得更為繁雜且難以預測， 。
航天器內火災安全設計上，意義重大的是理解球形火焰特性，火焰沒有明確上下方，熱源與燃燒產物會在封閉艙室任意角落積聚，傳統依熱量上升原理的煙感探測器佈局或失效，需在整個空間佈置，低溫度的球形火焰，會致使燃料不完全燃燒，生成更高濃度一氧化碳等有毒氣體，給航天員構另一重隱形威脅。
空間站使用什麼滅火劑
當下，國際空間站主要運用手持式二氧化碳滅火器以及水基泡沫滅火器。二氧化碳滅火器藉由釋放高壓液態二氧化碳，瞬間氣化並膨脹，降低火源周邊氧氣濃度並且帶走熱量，藉此達成窒息滅火。其優點是滅火後沒有殘留，不會。然而在空間站密閉環境當中，大量釋放二氧化碳會徑直致使艙內二氧化碳濃度急劇攀升，航天員必須即刻佩戴氧氣面罩，並且啟動空氣淨化系統。
用於應對固體材料（像織物、電纜）A類火災的有效選擇是水基滅火劑，空間站所使用的水基滅火器噴出的是特殊配方的霧化泡沫，並非自由流動的水，目的是防止水珠在艙內飄浮進而損壞設備，這種泡沫能夠粘附在燃燒物表面，借助冷卻以及隔絕氧氣的方式來滅火，可是，水或者泡沫具有導電性，這是其明顯的缺點，在撲救涉及電氣設備的火災時必須格外謹慎，並且事後清理殘留液體在微重力環境下也是一項具有挑戰性的事情。
零重力下煙霧探測器如何工作
用於空間站的煙霧探測器，其原理跟地面的類似，主要是對空氣中顆粒物濃度予以監測，不過靈敏度以及佈局策略存在顯著差異。其中一種基於光電式，當煙霧顆粒進到探測腔的時候，會讓光源發出的光線產生散射，這個情況下，傳感器接收散射光信號進而觸發警報。還有一種屬於電離式，借助放射性物質讓空氣發生電離，煙霧顆粒進入後會使得離子電流出現改變。在微重力環境裡，煙霧並非向上飄散，而是跟著艙內氣流慢慢瀰漫開來，所以探測器的響應時間有可能延遲。
空間站的煙霧探測器網絡，在各個艙段各處分佈，以此來保證無死角監控，且它和通風系統相互聯動。用於通風的系統氣流設計，一方面要給航天員供應新鮮空氣，另一方面還要把潛在煙霧引到探測器近旁。在有任意一個探測器發出警報的時候，系統馬上就會進行定位，然後通知航天員以及控制中心。與此同時，為避免出現誤報情況，好比航天員燒煮食物生成的蒸汽或者塵埃等情況，探測器一般都設有閾值調整以及邏輯判斷程序，火災要經過多個傳感器或者持續性信號才能夠得以確認。
如何在失重環境中安全撲救火災
宇航員在面臨失重環境裡的火災撲救狀況時，所需遵循的是很嚴謹、極具特殊性的既定流程順序。其中最關鍵、首要的那項準則是需要先去報告，之後才可以著手滅火行動。只要是有任何一名宇航員察覺到了有著火災的相關跡象，那就務必要當即向同在的其他成員以及身處地面的任務控制方面的中心進行通報，絕對不可以自己單獨去處理。之所以設立這般規定，是鑑於火災在封閉的空間裡發展速度是極為快速的，並且還有可能會給整個戰體繫帶來影響。而火災撲救這項活動大多時候是由兩名宇航員共同相互配合去開展的，其中一個人專門致力於滅火，另外一個人則負責對周圍環境進行監測把控、準備好備用的方案以及承擔通信方面的工作。
在進行撲救工作的時候，航天員一定要把自身固定在艙壁或者扶手上才行，不然的話，滅火劑所產生的反作用力會致使其朝著後方漂移過去，進而失去對準火源的那種能力。他們需要從火焰上頭來襲的方向，也就是通過對通風氣流加以判斷之後的那個上方來予以接近，以此來防止煙霧以及火焰朝著自身進行蔓延啊。在使用滅火器之際，應該採用短促點射這樣的方式，防止一次性噴射過量的滅火劑，不然會過度污染艙內的大氣，不然也會導致自己由於反沖力而失去控制。把明火撲滅以後，仍舊要針對陰燃狀態的餘燼開展長時間的冷卻處理，並且要密切監測溫度以及一氧化碳的濃度。
航天器防火材料有哪些特殊要求
航天器內部材料對於防火有著極為嚴苛的要求，這種要求遠遠高於地面標準，核心原則是“不燃、低毒、低煙”。首先，材料本身應當是難以被點燃的，就算是出現了被點燃的情況，它的火焰蔓延速度也絕對必須是極慢的，而且還得能夠快速地自行熄滅。比如說，艙的內壁板、儀器的外殼廣泛地使用了經過特殊阻燃處理的複合材料以及金屬。電線電纜的絕緣層採用了含氟聚合物等高性能阻燃材料，就算是出現了過載發熱的狀況，也不容易被引燃的。
唯有不具備可燃性，材料於高溫之時或者燃燒之際所釋放的氣體毒性才屬於另一項關鍵指標。於逃生路線匱乏的太空艙之中，吸入少許有毒氣體便極有可能致使喪命。所以，材料勢必需得契合嚴苛的毒性測試，去限制諸如氯化氫、氰化氫、氟化氫等劇毒氣體的生成量。與此同時，要求材料在燃燒的時候產生的煙量少、煙密度小，只為保障可見度，給航天員撤離以及撲救爭取珍貴時間。這些要求常常會讓航天器內飾材料的研發以及測試成本無比高昂。
未來深空任務面臨什麼消防挑戰
待未來開展月球基地、火星飛船等深空任務時，會帶來以往從未有過的火災安全挑戰，最先面臨的是通信延遲情況，火星任務發生的地火通信延遲能夠達到數十分鐘，這就表明航天員在火災剛開始的時候根本沒辦法獲取地面專家的實時指點，只能憑藉高度自主的系統以及預先設定好的應急預案獨自做出決策，這給機載人工智能故障診斷以及輔助決策系統提出了特別高的要求，該系統需要能夠迅速剖析傳感器數據，評估風險等級，且給出確切的處置建議。
其次存在的情況是，資源有著極端的限制，環境具有不可逆的特性，其表現為，深空飛船沒辦法像近地軌道空間站那般獲取來自地球的快速補給，對於滅火劑、備用呼吸器、空氣淨化濾芯這類消耗品，其攜帶量必須要進行精確計算，並且是不能夠補充的，一旦出現嚴重火災致使生命支持系統遭到永久損壞，或者艙室被污染，乘組就會面臨毀滅性的後果，就是如此。還有，月球表面部分重力環境下的火焰行為以及滅火劑效能，約為地球的六分之一，這是個要深入研究的新領域，其規律跟地球不同，也和完全失重狀態不一樣。另外，火星表面部分重力環境下的火焰行為和滅火劑效能，約為地球的三分之一，同樣是需深入研究的新領域，其規律既區別於地球，又不同於完全失重狀態。
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