太空舱中导线密布,有的直接暴露在舱室中,有的隐藏在各种仪器内部。这些导线一旦出现短路情况,导线绝缘皮就可能着火。在过去,太空舱中已经发生过多起由导线着火引发的火灾。不同于地面火灾,在太空中发生的导线火灾有其自身的特点。首先,与地面上常用的PVC、PE等材料不同,太空中的导线绝缘皮主要使用含氟聚合物,例如特氟龙等,这些材料在200℃以下基本不能燃烧；其次,由于太空中没有重力,太空中的火灾没有浮力羽流。再次,太空舱中存在强迫通风,其流速大约为0.2-0.3m/s,暴露在舱室中的导线燃烧时会受到影响。环境的不同使得太空舱中的燃烧行为与产烟特征都与地面有所不同,而现在太空飞船上主要安装的感烟火灾探测器大都是基于地面环境研制的,在以往的使用过程中误报、漏报问题较为突出。为了保证航天员及太空飞船的安全,使其免于火灾,有必要对太空舱环境产生的烟颗粒进行研究,从而为改进太空舱感烟探测器,进而保证航天器的安全,提供基础数据支撑。在此背景下,本文采用实验与模拟相结合的方法,实验采集典型太空舱环境下产生的烟颗粒,然后对其进行光散射模拟分析。首先自行研制强迫对流环境下高温导线燃烧与产、采烟实验平台,并借助北京微重力实验室的落塔提供微重力环境,从而模拟典型的太空舱环境进行实验。在此过程中,本文特别关注重力水平与环境气体流速对导线燃烧过程造成的影响,因为燃烧过程的变化会直接影响产生的烟颗粒的形谱特征。对高温导线的破裂时间、着火时间、燃烧时间、火焰高度、火焰温度与亮度、碳黑体积分数等特征量随重力与空气流速的变化规律进行了分析。实验结果表明除导线破裂时间和燃烧时间主要与内部导体温度和绝缘皮材料性质相关,受重力与空气流速的影响较小外,其它参量均不同程度的受到重力与空气流速的影响。然后,对采集到的烟颗粒样本进行电镜与能谱分析,从主粒子粒径、凝团回转半径、分形特征、化学成分等多个角度研究环境对烟颗粒造成的影响,并借助燃烧学与气溶胶动力学的相关理论对烟颗粒形谱随环境的变化规律给以合理的解释。结果表明,无强迫对流时,微重下的烟颗粒相较常重环境主粒子粒径与回转半径都有明显的增大;重力水平对大部分烟颗粒的分形维数没有影响,在微重条件下,烟颗粒的分形维数保持1.79不变,但前置因子明显降低。值得注意的是,在微重静止环境中导线会产生另一种分形维数达到2.6的较大颗粒。另外,烟颗粒的主粒子粒径与回转半径随空气流速的升高而减小,当空气流速达到0.3m/s时,回转半径与常重无风情况下的几乎相等,而主粒子粒径甚至会小于常重无风情况下的主粒子粒径;分形维数受空气流速的影响会比静止时小,同时前置因子会升高并大于常重静止环境下的对应量。最后,基于获得的具有代表性的烟颗粒样本,利用光散射模型对典型太空舱环境下产生的烟颗粒的光散射特征进行模拟,分析典型太空舱环境下产生的烟颗粒的光散射特性与地面普通环境产生的烟颗粒的区别。结果显示在前向散射区某些位置,微重静止环境下的烟颗粒散射光强度可较常重环境增长300%以上,但随着空气流速的增加,散射光强逐渐减弱。另外F33/F11与F34/F11在不同散射角度区间内也有明显变化。