Wie reagieren Menschen auf Brände im Weltraum?

Die Beherrschung und Nutzung des Feuers ist ein einschneidendes Ereignis für die Menschheit. Mithilfe der Kraft des Feuers erfanden die Menschen Streichhölzer, Eisenbahnen, Feuerräder, Schießpulver sowie Raketen und Raumschiffe, mit denen sie die Erde verließen und in den Weltraum vordrangen. Man kann sagen, dass Feuer der Motor und Antrieb auf dem Weg der menschlichen Evolution, Entwicklung und Zivilisation ist.

Aber Feuer ist immer widerspenstig. Es ist wie ein zweischneidiges Schwert, das der Menschheit nützen, aber auch schaden kann. Jedes Mal, wenn es seine Macht zeigt, müssen die Menschen versuchen, die Situation auszunutzen, sonst riskieren sie, sich die Finger zu verbrennen. Das dadurch verursachte Ergebnis ist das, was der Mensch als „Feuer“ bezeichnet. Um das Bewusstsein der Öffentlichkeit für Brandschutz zu stärken, hat mein Land seit 1992 den 9. November jedes Jahres zum Nationalen Tag des Brandschutzes erklärt.

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Im Jahr 1972 produzierte das sowjetische Moskauer Filmstudio einen biografischen Farbfilm mit dem Titel „Taming Fire“. Während das Buch das legendäre Leben des Chef-Raumfahrtdesigners Koroljow würdigt, erzählt es den Menschen gleichzeitig, dass die Entwicklung der Luft- und Raumfahrttechnologie eine gewundene und schwierige Geschichte der Zähmung des Feuers ist.

Schon zu Beginn des Weltraumzeitalters war den Raumfahrtexperten klar, dass es sich hierbei um eine Hochrisikobranche handelte. Nach dem Beginn der bemannten Raumfahrtaktivitäten ist ihr Risikobewusstsein noch stärker geworden, denn in der Raumfahrt gibt es zu viele unbekannte Bereiche und Technologien, und selbst wenn ein Detail übersehen oder vernachlässigt wird, können die Folgen katastrophal sein.

Diese Sorge wurde innerhalb weniger Jahre Wirklichkeit. Im März 1961 starb Bondarenko, Leutnant der sowjetischen Luftwaffe und einer der ersten Astronauten, während einer Bodentrainingseinheit, als ein mit Alkohol gefüllter Wattebausch ein Feuer in einer Hochdruckkammer mit reinem Sauerstoff verursachte. Im Januar 1967 brach im bemannten Raumschiff Apollo 1, das auf der Startrampe der Vereinigten Staaten getestet wurde, ein Feuer aus, bei dem alle drei Astronauten ums Leben kamen.

Der sowjetische Kosmonaut Bondarenko starb bei einem Bodentrainingsfeuer

Die drei Astronauten, die beim Brand des Raumschiffs Apollo 1 ums Leben kamen (von links: Gus Grissom, Edward White, Roger Chaffee)

Zwei Brände, vier Tote. Dies ließ Experten an die schwierige Situation und die schwerwiegenden Folgen eines Brandes in einem Raumfahrzeug im Weltraumorbit denken. Wenn auf der Erde ein Feuer ausbricht, können wir verschiedene wirksame Maßnahmen ergreifen, um das Feuer zu löschen. Wir können die Feueralarmnummer 119 wählen, und das Feuerwehrauto wird blitzschnell herbeieilen, um das Feuer zu löschen. Aber im Weltraum gibt es keine so gute Show. Da die 119 dort nicht gewählt werden kann und die Feuerwehrautos außer Reichweite sind und nicht dorthin fahren können, sind die Astronauten völlig isoliert und hilflos. Wenn auf der Erde ein Feuer ausbricht, können die Menschen sofort vor dem Feuer fliehen. Im Weltraum ist dies jedoch nicht der Fall. Vor dem Aufkommen großer bemannter Raumfahrzeuge wie Space Shuttles und Raumstationen waren bemannte Raumfahrzeuge kleine, geschlossene Umgebungen, und Astronauten hatten buchstäblich keinen Fluchtort.

Innenraum des Raumschiffs Apollo 1 nach dem Brand

Die Sorge vor Bränden im Weltraum ist nicht unbegründet. Im Jahr 1997 brach in der russischen Raumstation Mir aufgrund einer Fehlfunktion eines Sauerstoffgenerators ein Feuer aus, das die Station mit erstickendem Rauch füllte. Glücklicherweise war der Brand nach mehr als zehn Minuten gelöscht und es kam zu keiner größeren Katastrophe. Es kam auch zu mehreren Brandvorfällen in US-amerikanischen Space Shuttles. Glücklicherweise gab es in den bisherigen 60 Jahren bemannter Weltraumaktivitäten nur sehr wenige Brände, Brandgefahren und Feueralarme im Weltraum, und es gibt keine Aufzeichnungen über größere Brandunfälle. Diese ermutigende Situation ist auf jahrelangen soliden und effektiven Brandschutz im Weltraum zurückzuführen.

Vor dem Start der Raumsonde Sojus TMA-4 eskortierten Feuerwehrfahrzeuge die Rakete

Probleme verhindern, bevor sie auftreten

„Prävention zuerst, Prävention und Kontrolle kombinieren“ ist die Leitlinie für Chinas Brandschutzarbeit. Die Vorstellungen und Praktiken zum Brandschutz im Weltraum in Ländern auf der ganzen Welt stimmen im Wesentlichen damit überein.

Bemannte Raumfahrzeuge sind die Kristallisationspunkte hochtechnologischer Technologien. Im Inneren verlaufen verschiedene Kreisläufe, Gaskreisläufe und Flüssigkeitskreisläufe kreuz und quer, überall sind brennbare und entzündliche Materialien zu finden. Daher sind die drei Bedingungen für die Entstehung eines Brandes – brennbare Materialien, verbrennungsfördernde Materialien und Zündquellen – überall vorhanden und präsent. Der beste Weg, in einer derart gefährlichen Umgebung Brände zu vermeiden, ist Prävention. Konkret bedeutet dies, von Grund auf zu beginnen, Brandgefahren bereits an der Quelle vorzubeugen und Brandgefahren grundsätzlich zu beseitigen bzw. im Keim zu ersticken.

Erstens sollten bei der Konstruktion des Raumfahrzeugs Anstrengungen unternommen werden, um die Menge an Brennstoffen, Oxidationsmitteln und Zündquellen zu reduzieren.

Um brennbare Materialien zu reduzieren, sollten bei der Auswahl von Materialien für Isolierung, Dämmung, Abdichtung und Dekoration unbedingt flammhemmende oder nicht brennbare Materialien ausgewählt werden, da sie sonst das Feuer begünstigen. Dies ist eine blutige Lektion aus der Raumsonde Apollo 4A. Der Brand wurde durch einen elektrischen Funken verursacht, der einen Netzsack aus Raschelmaterial entzündete.

Der Hauptbrennstoff für Feuer ist der Sauerstoff in der Kabine, der die Lebensquelle der Astronauten darstellt und daher wissenschaftlich genutzt werden muss. Das bemannte Apollo-Raumschiff verwendete einst 100 % reinen Sauerstoff, doch das goss beim „Apollo 4A“-Brand nur noch Öl ins Feuer. Erst nach dem Unfall wurde auf ein Mischgas aus Sauerstoff und Stickstoff umgestellt.

Die Hauptursache für Brandausbrüche sind die zahlreichen elektrischen Geräte an Bord des Raumfahrzeugs. Kurzschlüsse, Überlastungen, Überhitzung durch schlechten Kontakt und andere Fehler können Brände verursachen. Auch in dieser Hinsicht war der Brand von Apollo 4A eine schmerzliche Lektion. Im Geräteraum für die Umweltkontrolle des Raumfahrzeugs befand sich eine Metalltür. Als die Astronauten die Tür öffneten, zerkratzte die scharfe Kante der Tür die Isolationsschicht der darunterliegenden Kabel, was zu einem Kurzschluss und Funkenbildung führte. Daher muss die elektrische Ausrüstung des Raumfahrzeugs sicher und zuverlässig sein, um die Bildung einer Zündquelle zu vermeiden.

Zweitens werden während der Produktion, Prüfung und Montage des Raumfahrzeugs strenge Qualitätskontrollen aller Komponenten durchgeführt, um die hohe Qualität und Zuverlässigkeit der Produkte sicherzustellen und Leckagen in verschiedenen Kreisläufen, Gas- und Flüssigkeitsleitungen sowie ein Austreten von Treibstoff zu verhindern.

Raumschiff + Feuerlöscher

Obwohl gemäß dem Grundsatz „Vorbeugung geht vor“ verschiedene vorbeugende Maßnahmen ergriffen wurden, besteht weiterhin die Möglichkeit eines Brandes. Daher ist die Kombination von „Vorbeugung und Brandbekämpfung“ von entscheidender Bedeutung.

Um Weltraumbrände schnell und effizient löschen zu können, haben Raumfahrtexperten und Brandschutzexperten im Laufe der Jahre zahlreiche Experimente, Analysen und Studien zur Entstehung und Ausbreitung von Bränden in der Mikrogravitation durchgeführt. Dabei berücksichtigten sie die besonderen Umstände, die sich daraus ergeben, dass sich die Umgebung bemannter Raumfahrzeuge völlig von der auf der Erde unterscheidet. Die Ergebnisse zeigen, dass Feuer im Weltraum anders brennt als auf der Erde. Auf der Erde erscheint eine Flamme als Kegel; Im Weltraum ist es aufgrund der Mikrogravitation annähernd kugelförmig. Darüber hinaus kommt es häufiger zu Schwelerscheinungen, die Verbrennung ist auf einen kleineren Bereich beschränkt und die Diffusions- und Ausbreitungsgeschwindigkeit ist geringer. Diese Situationen zeigen, dass die Mikrogravitationsumgebung eine gewisse hemmende Wirkung auf die Entstehung und Ausbreitung von Bränden hat, was für die Durchführung von Brandbekämpfungsarbeiten hilfreich ist und gleichzeitig eine theoretische Grundlage für die Verhütung, Erkennung und Brandbekämpfung von Weltraumbränden bietet.

Astronauten üben den Umgang mit einem Feuerlöscher in einer schwerelosen Umgebung an Bord eines KC-135-Flugzeugs

So wie die Früherkennung menschlicher Krankheiten entscheidend für die Rettung von Menschenleben ist, ist die Früherkennung von Bränden entscheidend für deren schnelles Löschen. Daher sind die meisten bemannten Raumfahrzeuge mit Feueralarmsystemen einschließlich Rauchmeldern ausgestattet, um den Sicherheitsstatus verschiedener Teile und Systeme genau zu überwachen. Sobald irgendwo ein Feuer ausbricht, löst der Alarm sofort einen Alarm aus und zeigt den genauen Brandort an. Astronauten und das Bodenkontrollzentrum werden unmittelbar nach Erhalt des Alarms Notfallmaßnahmen ergreifen.

Die Installationsorte dieser Alarme unterscheiden sich geringfügig von denen auf der Erde. Auf der Erde breitet sich der Rauch eines Feuers nach oben aus und sammelt sich schließlich unter dem Dach, daher wird der Alarm meist in der Mitte der Decke installiert. In Raumfahrzeugen im Weltraum breitet sich der Rauch nicht nach oben, sondern in der gesamten Umgebung aus. Daher muss der Alarm sowohl an der Decke als auch an Wänden und anderen Stellen installiert werden.

Es ist zu beachten, dass diese hochempfindlichen Alarme manchmal ausfallen können. Im September 1985 waren drei sowjetische Astronauten, die gerade die Raumstation Saljut 7 betreten hatten, damit beschäftigt, Instrumente zu überprüfen und zu testen, als plötzlich der Alarm losging. Im März 2001, am zweiten Tag, nachdem die zweite Gruppe von drei Astronauten die Internationale Raumstation betreten hatte, brach im Wissenschaftslabormodul Destiny ein Feuer aus. Diese beiden Feueralarme alarmierten die Astronauten. Es stellte sich heraus, dass es in der Station keinerlei Anzeichen eines Feuers gab. Bei dem Alarm handelte es sich um einen Fehlalarm, da Staub und Schwebeteilchen in der Station den Alarm auslösten.

Neben der Feuermeldeanlage sind bemannte Raumfahrzeuge auch mit Feuerlöschgeräten wie Gasmasken, Sauerstoffflaschen und Feuerlöschern ausgestattet.

Die Astronauten John Young (links) und Robert Crippen beim ersten Testflug der Raumfähre Columbia im April 1981

Feuerlöscher sind neben Feuerwehrautos die am weitesten verbreitete Feuerlöschausrüstung auf der Welt. Sie sind mit Feuerlöschmitteln wie Wasser, Schaum, Trockenpulver, Kohlendioxid und halogenierten Kohlenwasserstoffen gefüllt. Ebenso sind Feuerlöscher die praktischsten und am einfachsten zu verwendenden Feuerlöschwaffen im Weltraum. Allerdings stellt es sehr hohe Anforderungen an die Feuerlöschmittel. Schließlich sind die Bedingungen zum Löschen von Bränden im Weltraum andere als auf der Erde. Beispielsweise wird Wasser, das auf der Erde am häufigsten zur Brandbekämpfung verwendet wird, im Weltraum im Allgemeinen nicht eingesetzt, da es nach dem Aussprühen des Wassers unter Mikrogravitationsbedingungen schwierig ist, sich auf die Flamme zu konzentrieren. Es bilden sich lediglich Wassertropfen und Wassernebel, die in der Kabine herumschweben. Wenn es in Instrumente und Geräte eindringt, kann es zu Kurzschlussausfällen führen. Noch weniger geeignet sind Pulverfeuerlöscher, da die von ihnen verursachte Umweltverschmutzung zu groß ist. Beim Löschen eines Brandes kommt es zwar nicht zu einem Kurzschluss der Instrumente und Geräte, aber ist das Cockpit trotzdem nutzbar? Im Kommandomodul und im Skylab der Apollo-Raumsonde waren einst Schaumfeuerlöscher installiert, es gab jedoch nie die Möglichkeit, Brände zu löschen, da sonst die entstehende Umweltverschmutzung nicht gering gewesen wäre.

Astronauten der Space-Shuttle-Crew STS-114 lernen den Umgang mit einem Feuerlöscher

Im Vergleich dazu sind Kohlendioxid-Feuerlöscher beim Löschen von Bränden auf Raumfahrzeugen, die mit Präzisionsinstrumenten gefüllt sind, wirksamer. Ihre Besonderheit besteht darin, dass sie nach dem Löschen des Feuers sehr sauber sind und keine Verschmutzungsspuren hinterlassen. Wenn sein Gehalt in der Luft jedoch einen bestimmten Wert erreicht, wird das menschliche Leben gefährdet. Möglicherweise wurden mit dem Löschen des Feuers auch die Astronauten „gelöscht“.

Halone waren einst eine Art Feuerlöschmittel mit guter Leistung. Zu diesem Typ gehört der Feuerlöscher Halon 1301, mit dem das US-Space Shuttle ausgestattet ist. Es hat eine gute Feuerlöschwirkung und hinterlässt nach dem Brand keine Spuren. Es wird weltweit häufig verwendet. Obwohl es ungiftig und für den menschlichen Körper unschädlich ist, hat es eine zerstörerische Wirkung auf die Ozonschicht der Atmosphäre und wird seit vielen Jahren nicht mehr hergestellt und verwendet.

Derzeit erforschen und testen Wissenschaftler noch immer für verschiedene Brände geeignete Feuerlöschmittel, die sowohl energiereich und effizient als auch ungiftig und schadstofffrei sind. Einige haben bedeutende Ergebnisse erzielt, wie beispielsweise die Feuerlöschtechnologie mit feinem Wassernebel. Dabei wird mittels Pumpendruck oder Luftdruck Wasser versprüht, wodurch nebelartige Wassertröpfchen entstehen, die eine kühlende und erstickende Wirkung auf Flammen haben und verschiedene Brände im Weltraum wirksam löschen können. Da als Löschmittel normales Wasser verwendet wird, entstehen bei dieser Brandbekämpfungstechnik keine Schäden an Personal und Ausrüstung. Mit anderen Worten: Wenn die Technologie des feinen Wassernebels ausgereift ist und offiziell angewendet wird, kann Wasser, das bisher ungeeignet war, auch zum Löschen von Bränden im Weltraum verwendet werden.

Prüfung tragbarer Wassernebel-Feuerlöscher

Egal um welche Art von Feuerlöscher oder Feuerlöschgerät es sich handelt, der einwandfreie Zustand und die jederzeitige Verfügbarkeit müssen gewährleistet sein. Wir dürfen nicht wie die Raumstation Mir vorgehen, wo wir warteten, bis ein Feuer ausbrach, und dann feststellten, dass einige Sauerstoffmasken kaputt waren und einige Feuerlöscher nicht entfernt werden konnten, sodass wir die Gelegenheit verpassten, das Feuer zu löschen.

Astronaut = Feuerwehrmann

Es gibt ein Sprichwort, das besagt: „Wasser und Feuer sind gnadenlos.“ Kommt es im Weltraum zu einem Brand, können die Instrumente und die Ausrüstung des bemannten Raumfahrzeugs zerstört werden. Ein Großbrand würde zudem die Sicherheit des Raumfahrzeugs sowie die Gesundheit und das Leben der Astronauten gefährden. Wenn also ein Feuer ausbricht, ist der Feueralarm der Befehl, der Brandort ist das Schlachtfeld, das Raumschiff ist das Feuerwehrauto und die Astronauten sind die Feuerwehrleute.

Der japanische Astronaut Akihiko Hoshide überprüft einen tragbaren Feuerlöscher auf der Internationalen Raumstation

In kritischen Momenten treten die Astronauten vor, müssen dabei jedoch Ruhe bewahren und dürfen nicht in Panik geraten. Nur so können sie die Brandsituation richtig einschätzen. Tatsächlich ist dies für Astronauten mit guten psychologischen Eigenschaften nicht schwierig. Die Schwierigkeit besteht darin, dass das Löschen eines Feuers im Weltraum viel schwieriger ist als auf der Erde. Beispielsweise ist die Verwendung eines Feuerlöschers auf der Erde sehr einfach. Zuerst den Sicherungsstift herausziehen, dann die Düse auf die Flamme richten und den Griff drücken. Im Weltraum kann es allerdings passieren, dass man beim Drücken des Griffs weit zurückfliegt, da das ausgesprühte Feuerlöschmittel eine Reaktionskraft erzeugt. Daher müssen Astronauten vor dem Weltraumflug den obligatorischen Kurs zur Brandbekämpfung im Weltraum sorgfältig absolvieren, einschließlich eines strengen Feuerlöschtrainings. Bevor Astronauten einen Brand löschen können, müssen sie zunächst persönliche Schutzmaßnahmen ergreifen, beispielsweise eine Gasmaske oder eine Sauerstoffflasche tragen, da Flammen und Rauch eine Vielzahl giftiger Gase enthalten, die die menschliche Gesundheit und sogar das Leben gefährden. Erst wenn die Sicherheit gewährleistet ist, können sie die Brandbekämpfung gemäß den Notfallplänen und den spezifischen Umständen durchführen.

Der europäische Astronaut Frank Devine führt an Bord der Internationalen Raumstation seine monatliche Überprüfung seines tragbaren Beatmungsgeräts durch

Feuerlöschmethoden können sich auf Isolierungs-, Erstickungs-, Kühl- und Unterdrückungsmethoden auf der Erde beziehen.

Gemäß der Absperrmethode müssen die Ventile von Rohrleitungen für brennbare Gase und Flüssigkeiten geschlossen und brennbare Materialien in der Nähe der Brandquelle entfernt werden. Bei der Erstickungsmethode muss das Belüftungssystem so schnell wie möglich abgeschaltet werden, um die Bildung einer Luftkonvektion zu verhindern und die für die Verbrennung erforderliche Luft bereitzustellen. Die brennenden Gegenstände können mit nicht brennbaren oder flammhemmenden Materialien abgedeckt werden, um das Eindringen von Luft in den Verbrennungsbereich zu verhindern. Die wirksamste Methode zum Ersticken ist die Notfalldekompression der Kabine. Dabei wird die Luft aus dem Raumschiff abgelassen, der Brennstoff für das Feuer unterbrochen, sodass es aufgrund von Luftmangel von selbst erlischt und schließlich der normale Kabinendruck wiederhergestellt wird. Die US-Raumschiffe Gemini und Apollo sowie das Space Shuttle, das bemannte russische Raumschiff Sojus und die Internationale Raumstation verfügen alle über diese Dekompressionsfunktion. Wenn ein Feuer trotz Ausschöpfung aller Methoden nicht gelöscht werden kann, wird die Kabinendekompression zu einer tödlichen Waffe bei der Brandbekämpfung im Weltraum, vorausgesetzt, dass spezielle Raumanzüge und andere Schutzausrüstung strikt getragen werden. Bei den beiden anderen Methoden der Feuerlöschung – der Kühlmethode und der Unterdrückungsmethode – wird ein Feuerlöschmittel auf das brennende Material gesprüht. Ersteres dient dazu, die Temperatur des brennenden Materials unter den Zündpunkt zu senken, und Letzteres dient dazu, die Verbrennung durch Unterdrückung des chemischen Reaktionsprozesses der Verbrennung zu stoppen.

Wenn alle anderen Methoden ausgeschöpft sind und das Feuer immer noch nicht unter Kontrolle gebracht werden kann, können die Astronauten sicherlich nicht einfach dasitzen und auf ihren Tod warten. Sie können das Schiff (die Station) verlassen und fliehen. Sowohl die Raumstation Mir als auch die Internationale Raumstation sind mit Rettungsraumfahrzeugen ausgestattet, mit denen Astronauten in Notfällen evakuiert und zur Erde zurückkehren können. Natürlich ist dies ein Ergebnis, das niemand sehen möchte.

Die Entwicklung der bemannten Raumfahrttechnologie erfordert, dass die Brandbekämpfungstechnologie Schritt hält. Vielleicht werden eines Tages in der Zukunft, wenn es im Weltraum so viele bemannte Raumschiffe gibt wie auf der Erde Gebäude, Weltraum-„Feuerwehrautos“ mit heulenden Sirenen zwischen ihnen hindurchfahren und auf die brennenden Raumschiffe zusteuern. Es versteht sich von selbst, dass das Feuermeldertelefon im Raum 119 zu diesem Zeitpunkt bereits geöffnet gewesen sein muss.