野火燃烧猛烈、迅速且难以预测。尽管野外消防员接受了广泛的培训以确保自身安全，但他们有时会被高达 1,600 至 2,000 多华氏度的火焰切断退路。为了在这些极端危急的情况下保护自己，他们每人都携带一个便携式防火避难所（本质上是一个小的、特殊配方的箔帐篷），可以展开以保护他们免受火焰和高温气体的侵害。但是这项技术有严重的局限性，研究人员现在正在探索新的材料和设计——并将原型进行一系列猛烈的测试。
美国国家野火协调小组 (NWCG) 是一个为野外消防设备制定标准的联邦政府组织，报告称在 2006 年至 2020 年间，防火避难所已被部署 200 多次。但最后一道防线并非总是有效。例如，在亚利桑那州 2013 年亚内尔山火灾中，花岗岩山消防队的 20 名成员中有 19 名不幸丧生，尽管他们使用了避难所。随着火灾季节持续增长更加严重，对更好避难所的需求只会变得更加迫切：仅去年一年，消防员就与近 60,000 起野火作斗争，这些野火将美国七百万英亩的森林变成了焦土。
科罗拉多州立大学森林和牧场管理助理教授卡米尔·史蒂文斯-鲁曼说：“火灾季节正在延长，变得更加严重，野外消防员正在看到我们以前从未见过的火灾行为。”她没有参与最近的防火避难所测试。“在科罗拉多州，我们发生了一场每小时燃烧 6,000 英亩的火灾。这些情况给消防员带来了更大的风险。”当火焰在短时间内迅速蔓延时，情况尤其危险，迫使消防员撤退到他们的紧急避难所。“我们还看到极端火灾事件的增加，您会看到许多英亩的土地在短时间内被烧毁，”史蒂文斯-鲁曼补充道。“由于风、缺乏水分和充足的燃料等因素，您会看到火灾在一天之内迅速爆发。”
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目前的 M2002 防火避难所是唯一经政府机构消防员批准使用的型号，可折叠成一个 4.3 磅重的包裹，大小约为一条面包。它通常存储在塑料套筒中，并放置在野外消防员背包上的特殊隔间中。该包裹可以展开成一个半管，刚好足够一个人躺在里面。它的防火性能来自双层结构，中间有一个气隙以增加隔热性。外层由层压或粘合到铝箔上的编织二氧化硅组成。内层是层压到单独铝箔层上的玻璃纤维。
野外火灾紧急避难所折叠后的大小约为一条面包。图片来源：美国农业部林务局 Ian Grob 摄
2019 年，NWCG 进行了一项为期五年的审查，建议保留现有的防火避难所设计。但该组织一直在寻找改进方案。现在，北卡罗来纳州立大学（N.C. State）的研究人员遵循 NWCG 防火指南，评估 M2002 以及大学研究人员开发的四种原型。他们的工作在本春季发布的一份报告中详细介绍。
该研究的主要作者、北卡罗来纳州立大学林业和环境资源教授约瑟夫·罗伊斯说：“我们只是试图在[当前设计]的基础上进行改进。” “圆顶形确实是你能得到的最好的形状。你想要靠近地面，因为热量会上升——你离地面越近，你身体上的热量就越少。” 由于现有的形状很难超越，新的紧急防火避难所原型专注于其他提高耐热性的方法。从外观上看，它们看起来很像 M2002。但有些增加了一层先进的耐热材料。其他一些则尝试改变接缝的位置，接缝可能是一个薄弱点。
为了在受控的实验室环境中测试防火避难所的热防护性能，北卡罗来纳州立大学的研究人员使用了一个专门建造的名为 PyroDome 湍流火焰防火避难所测试系统的火室。在室内，丙烷燃烧器用直接火焰对全尺寸防火避难所进行一分钟的喷射。灵敏的仪器测量了其地板温度达到 302 华氏度所需的时间，这是避难所内可生存的最高温度水平。每个测试避难所内的摄像机记录了内部墙壁和接缝在暴露于火焰时如何变化。
在这样的测试中，防火避难所必须承受两种类型的热量。首先是辐射热——可以将其视为站在篝火旁感受到的温暖。罗伊斯说，铝外层可以反射大约 95% 的这种热量。他指出，铝非常耐用，当与二氧化硅基材结合使用时，二氧化硅基材可以减缓热传递速度，从而降低避难所内的温度，这两种材料可以很好地协同工作，反射辐射能。
更严峻的挑战是对流热，当火灾穿过避难所部署地点并且火焰或高温气体直接接触避难所外部时，就会感受到对流热。外层可以吸收这种对流热，从而提高其温度。当温度接近 500 华氏度时，将各层粘合在一起的粘合剂可能会分解。如果铝箔外层与避难所外层的布料分离，则可能会被湍流撕裂，从而破坏避难所的大部分反射保护。材料中的任何撕裂点也可能使对流热侵入避难所并迅速升高内部温度。
由于真实的野火会造成如此不可预测的条件，因此有必要在野外以及实验室中测试防火避难所。北卡罗来纳州立大学的研究人员还在北美周围的四个地点进行了八次现场测试。测试地点提供了不同的燃料类型，例如灌木丛（地面覆盖着灌木或小树的地方）、草原和北方森林，以及从平坦到丘陵的多种地形。测试使原型避难所暴露于不同的火焰配置、温度和天气条件。然而，这种多样性使得将 M2002 型号与原型进行比较具有挑战性。大风、燃料量不一致以及不同的火灾行为为每个测试的避难所产生了不同的条件。
野外测试后的紧急防火避难所。图片来源：约翰·威廉姆斯
美国林务局国家技术和开发项目的设备专家大卫·麦克莱-舒尔特说：“野火环境中有很多变量。它非常不可预测。你可能会有一个避难所挨着另一个避难所，当火灾蔓延到该区域时，两个避难所之间的结果会出奇地不同。”他没有参与新的北卡罗来纳州立大学报告。“以这种方式获得可重复和可靠的数据非常具有挑战性。”
尽管存在这些挑战，但 M2002 和所有四种原型都通过了防火测试：即使在火焰突破外层的情况下，它们也能在现场测试操作期间保持避难所内可生存的空气温度。测试还证明了包含先进隔热层的原型的有效性。罗伊斯说，添加隔热层实际上阻止了一些对流能量烧穿避难所的铝箔外层：所有原型在实验室测试中的性能都优于 M2002，而性能最佳的原型包含一层由杜邦化学公司开发的名为 Kapton 的耐热材料。
但这种原型也比当前型号重得多且体积更大。这是一个问题，因为避难所的重量（以及其耐用性和成本）是重要的考虑因素。野外消防员已经必须携带 45 磅重的装备包，有时在酷热中，因此增加太多负担的避难所将不会被采用。
另一个关键标准是毒性，北卡罗来纳州立大学的研究没有对此进行测试。研究人员已经研究了某些可以增强对辐射热和对流热防护的材料。然而，当暴露于高温时，这些物质会释放有毒烟雾，危及使用避难所的消防员。麦克莱-舒尔特说：“消防员可以从火灾中幸存下来，但会因热分解材料变得有毒而遭受负面后果。”
尽管原型证明很有希望，但它们未能取代 M2002 成为野外消防员携带到野外的模型。但对更好防火避难所的探索仍在继续。麦克莱-舒尔特说：“我们一直在测试不同的材料和材料复合材料，看看它们是否会产生不同的反应并表现更好。” “防火避难所的开发总是在进行中。”