野火燃燒猛烈、迅速且難以預測。儘管野外消防員接受了廣泛的培訓以確保自身安全，但他們有時會被高達 1,600 至 2,000 多華氏度的火焰切斷退路。為了在這些極端危急的情況下保護自己，他們每人都攜帶一個行動式防火避難所（本質上是一個小的、特殊配方的箔帳篷），可以展開以保護他們免受火焰和高溫氣體的侵害。但是這項技術有嚴重的侷限性，研究人員現在正在探索新的材料和設計——並將原型進行一系列猛烈的測試。
美國國家野火協調小組 (NWCG) 是一個為野外消防裝置制定標準的聯邦政府組織，報告稱在 2006 年至 2020 年間，防火避難所已被部署 200 多次。但最後一道防線並非總是有效。例如，在亞利桑那州 2013 年亞內爾山火災中，花崗岩山消防隊的 20 名成員中有 19 名不幸喪生，儘管他們使用了避難所。隨著火災季節持續增長更加嚴重，對更好避難所的需求只會變得更加迫切：僅去年一年，消防員就與近 60,000 起野火作鬥爭，這些野火將美國七百萬英畝的森林變成了焦土。
科羅拉多州立大學森林和牧場管理助理教授卡米爾·史蒂文斯-魯曼說：“火災季節正在延長，變得更加嚴重，野外消防員正在看到我們以前從未見過的火災行為。”她沒有參與最近的防火避難所測試。“在科羅拉多州，我們發生了一場每小時燃燒 6,000 英畝的火災。這些情況給消防員帶來了更大的風險。”當火焰在短時間內迅速蔓延時，情況尤其危險，迫使消防員撤退到他們的緊急避難所。“我們還看到極端火災事件的增加，您會看到許多英畝的土地在短時間內被燒燬，”史蒂文斯-魯曼補充道。“由於風、缺乏水分和充足的燃料等因素，您會看到火災在一天之內迅速爆發。”
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目前的 M2002 防火避難所是唯一經政府機構消防員批准使用的型號，可摺疊成一個 4.3 磅重的包裹，大小約為一條麵包。它通常儲存在塑膠套筒中，並放置在野外消防員揹包上的特殊隔間中。該包裹可以展開成一個半管，剛好足夠一個人躺在裡面。它的防火效能來自雙層結構，中間有一個氣隙以增加隔熱性。外層由層壓或粘合到鋁箔上的編織二氧化矽組成。內層是層壓到單獨鋁箔層上的玻璃纖維。
野外火災緊急避難所摺疊後的大小約為一條麵包。圖片來源：美國農業部林務局 Ian Grob 攝
2019 年，NWCG 進行了一項為期五年的審查，建議保留現有的防火避難所設計。但該組織一直在尋找改進方案。現在，北卡羅來納州立大學（N.C. State）的研究人員遵循 NWCG 防火指南，評估 M2002 以及大學研究人員開發的四種原型。他們的工作在本春季釋出的一份報告中詳細介紹。
該研究的主要作者、北卡羅來納州立大學林業和環境資源教授約瑟夫·羅伊斯說：“我們只是試圖在[當前設計]的基礎上進行改進。” “圓頂形確實是你能得到的最好的形狀。你想要靠近地面，因為熱量會上升——你離地面越近，你身體上的熱量就越少。” 由於現有的形狀很難超越，新的緊急防火避難所原型專注於其他提高耐熱性的方法。從外觀上看，它們看起來很像 M2002。但有些增加了一層先進的耐熱材料。其他一些則嘗試改變接縫的位置，接縫可能是一個薄弱點。
為了在受控的實驗室環境中測試防火避難所的熱防護效能，北卡羅來納州立大學的研究人員使用了一個專門建造的名為 PyroDome 湍流火焰防火避難所測試系統的火室。在室內，丙烷燃燒器用直接火焰對全尺寸防火避難所進行一分鐘的噴射。靈敏的儀器測量了其地板溫度達到 302 華氏度所需的時間，這是避難所內可生存的最高溫度水平。每個測試避難所內的攝像機記錄了內部牆壁和接縫在暴露於火焰時如何變化。
在這樣的測試中，防火避難所必須承受兩種型別的熱量。首先是輻射熱——可以將其視為站在篝火旁感受到的溫暖。羅伊斯說，鋁外層可以反射大約 95% 的這種熱量。他指出，鋁非常耐用，當與二氧化矽基材結合使用時，二氧化矽基材可以減緩熱傳遞速度，從而降低避難所內的溫度，這兩種材料可以很好地協同工作，反射輻射能。
更嚴峻的挑戰是對流熱，當火災穿過避難所部署地點並且火焰或高溫氣體直接接觸避難所外部時，就會感受到對流熱。外層可以吸收這種對流熱，從而提高其溫度。當溫度接近 500 華氏度時，將各層粘合在一起的粘合劑可能會分解。如果鋁箔外層與避難所外層的布料分離，則可能會被湍流撕裂，從而破壞避難所的大部分反射保護。材料中的任何撕裂點也可能使對流熱侵入避難所並迅速升高內部溫度。
由於真實的野火會造成如此不可預測的條件，因此有必要在野外以及實驗室中測試防火避難所。北卡羅來納州立大學的研究人員還在北美周圍的四個地點進行了八次現場測試。測試地點提供了不同的燃料型別，例如灌木叢（地面覆蓋著灌木或小樹的地方）、草原和北方森林，以及從平坦到丘陵的多種地形。測試使原型避難所暴露於不同的火焰配置、溫度和天氣條件。然而，這種多樣性使得將 M2002 型號與原型進行比較具有挑戰性。大風、燃料量不一致以及不同的火災行為為每個測試的避難所產生了不同的條件。
野外測試後的緊急防火避難所。圖片來源：約翰·威廉姆斯
美國林務局國家技術和開發專案的裝置專家大衛·麥克萊-舒爾特說：“野火環境中有很多變數。它非常不可預測。你可能會有一個避難所挨著另一個避難所，當火災蔓延到該區域時，兩個避難所之間的結果會出奇地不同。”他沒有參與新的北卡羅來納州立大學報告。“以這種方式獲得可重複和可靠的資料非常具有挑戰性。”
儘管存在這些挑戰，但 M2002 和所有四種原型都通過了防火測試：即使在火焰突破外層的情況下，它們也能在現場測試操作期間保持避難所內可生存的空氣溫度。測試還證明了包含先進隔熱層的原型的有效性。羅伊斯說，新增隔熱層實際上阻止了一些對流能量燒穿避難所的鋁箔外層：所有原型在實驗室測試中的效能都優於 M2002，而效能最佳的原型包含一層由杜邦化學公司開發的名為 Kapton 的耐熱材料。
但這種原型也比當前型號重得多且體積更大。這是一個問題，因為避難所的重量（以及其耐用性和成本）是重要的考慮因素。野外消防員已經必須攜帶 45 磅重的裝備包，有時在酷熱中，因此增加太多負擔的避難所將不會被採用。
另一個關鍵標準是毒性，北卡羅來納州立大學的研究沒有對此進行測試。研究人員已經研究了某些可以增強對輻射熱和對流熱防護的材料。然而，當暴露於高溫時，這些物質會釋放有毒煙霧，危及使用避難所的消防員。麥克萊-舒爾特說：“消防員可以從火災中倖存下來，但會因熱分解材料變得有毒而遭受負面後果。”
儘管原型證明很有希望，但它們未能取代 M2002 成為野外消防員攜帶到野外的模型。但對更好防火避難所的探索仍在繼續。麥克萊-舒爾特說：“我們一直在測試不同的材料和材料複合材料，看看它們是否會產生不同的反應並表現更好。” “防火避難所的開發總是在進行中。”