Как пламя горит в невесомости? Ученые провели в космосе управляемый пожар
Второй день в Москве проходит эстафета олимпийского огня, прибывшего в воскресенье из Афин.
Придумали олимпийский факел на Красноярском машиностроительном заводе. В производстве использовали все новейшие разработки. Нихромовая проволока внутри системы горения факела позволяет воспламеняться газу в случае, если огонь вдруг потухнет, и обеспечивает стабильное пламя даже в плохую погоду. К слову, потухнуть факел может разве что от случайного порыва ветра.
Не потухнет ли огонь в космосе?
Как и обещали, перед Играми факел действительно попадет в открытый космос. Но гореть у него, к сожалению, не получится: согласно мерам безопасности открытый огонь на МКС запрещен. В плане отсыла факела в космос новаторами нам стать не удастся: подобное проделывали в 1996-м перед Играми в Атланте. Однако в открытом космосе символ Игр-2014 еще не был.
На землю частичку Олимпиады вернет космонавт Федор Юрчихин. Более того, именно тот факел, который прилетит из космоса, завершит эстафету: от него зажгут чашу с огнем в Сочи.
Гас ли когда-нибудь факел?
Хотя в факеле газ, он гас и не раз. Олимпийский огонь не вечный, а потому случаев, когда он гас, известно несколько. Больше всего проблем было перед Олимпиадой в Пекине. Огонь тушили защитники окружающей среды в Париже и сильные дожди в Японии, встречный ветер, вызванный высокой скоростью бегунов в Наньцзине, и странные обстоятельства на Тибете. Причину затухания там не могут установить до сих пор.
Перед лондонскими Играми причины, напротив, были очевидными: факел не смогли сохранить во время рафтинга, виной стали сильный ветер и брызги. Разжигать приходилось подручными средствами. В ближайшие несколько месяцев оценим, каковы россияне в играх с огнем.
Со скольких лет можно стать факелоносцем?
Поскольку детям играть с огнем строжайше запрещают, в факелоносцы всех, кто младше 14 лет, не берут. Зато максимальный возраст никак не ограничен. В нынешней эстафете самым старшим, например, станет знаменитый актер 98-летний Владимир Зельдин.
Всегда ли движется факел?
Совсем нет. На пути эстафеты предусмотрено большое количество технических остановок. Запасов газа в факеле хватает на 15 минут, поэтому огонь будет помещаться в специальную лампаду, к которой приставлен человек особой должности - хранитель огня.
Ночью огонь также будет храниться в подобных лампадках, однако некоторые этапы эстафеты рассчитаны на позднее время суток, и даже сама конструкция факела предусматривает это. Рифленая поверхность обеспечивает лучшее рассеивание света от огня.
Где сделали факел?
Дизайном факела занимается страна, принимающая Игры; внешний вид согласовывается с МОК, и начинается серийное производство. В России разработкой занималась специально собранная команда дизайнеров и инженеров. В конструкции использовали алюминиевый сплав и высокопрочные полимеры, с которыми работали специалисты завода «Красмаш», что в Красноярске. Кому, как не мастерам оборонной промышленности, доверить такое дело.На околоземной орбите случился самый крупный в истории космонавтики пожар. Возгорание началось в грузовом корабле Cygnus, который накануне отстыковался от Международной космической станции. Пожар, правда, этот - учебный, а точнее - экспериментальный, а провести его ученые задумали давно, установка для этого эксперимента была запущена вместе с кораблем еще в марте этого года.
Источником огня стала раскаленная проволока, которая подожгла большой кусок материи из хлопка и стекловолокна размером 1 м на 40 см. Горящая тряпка не опасна - она горела в специальном двухкамерном контейнере. Одна камера содержала материалы, которые, собственно, и должны были гореть, во второй находилась аппаратура для контроля и слежения за рукотворным пожаром - различные датчики и камеры высокого разрешения.
Необычный эксперимент ставился для того, чтобы лучше понять механизмы распространения огня в условиях невесомости. Это поможет защитить будущих астронавтов во время длительных космических командировок, поскольку угроза возникновения открытого огня - один из главных рисков пребывания астронавтов в космических кораблях.
Самым известным пожаром в истории пилотируемой космонавтики стало возгорание, которое случилось на борту станции "Мир" 23 февраля 1997 года. Пожар возник в результате неисправности кислородной шашки регенерации атмосферы, когда на борту находился международный экипаж из шести человек.
Тогда возгорание удалось ликвидировать, а членам экипажа пришлось надеть противогазы.
"Огонь в отсеке вызывает серьезную озабоченность в NASA", - пояснил руководитель эксперимента Гарри Рафф.
Эксперимент Spacecraft fire Experiment, или Saffire-1, станет крупнейшим пожаром в космосе, однако далеко не первым. В прошлых опытах ученые также экспериментировали с открытым горением, но тогда размеры открытого пламени не превышали размеров пластиковой карточки.
Понять и экспериментально выяснить, как происходит открытое горение в невесомости, ученые пытаются не одно десятилетие. За последние годы на орбите было проведено множество экспериментов по изучению формы и температуры пламени при горении разных веществ.
Однако проведению масштабных экспериментов в условиях МКС мешает наличие экипажа, поэтому в NASA пришли к идее учинить пожар в отстыкованном изолированном корабле.
Сам эксперимент продлится примерно два часа, в это время ученые будут наблюдать за ростом пламени, ростом температуры и тем, как ограниченность кислорода в окружающем воздухе влияет на распространение огня. Поджог повторится два раза - при разных скоростях воздуха, пропускаемого через горящий материал.
Сначала ткань собирались поджечь с одной стороны, затем с другого края, чтобы огонь шел против направления движения воздуха. "Эксперимент Saffire нужен для лучшего понимания того, как огонь ведет себя в космосе, что поможет NASA разработать новые материалы, технологии и процедуры для уменьшения риска жизни экипажа и безопасности космических полетов", - добавил Рафф. По предварительным данным, эксперимент удался, видеокадры с устроенным пожаром в NASA обещают вскоре обнародовать.
После управляемого пожара инженеры NASA не хотят останавливаться и продолжат жечь.
Два аналогичных эксперимента будут проведены до конца года в рамках миссий OA-5 и OA-7. В ходе этих экспериментов поджигаться будут материалы, обычно используемые в космосе, - плексиглас для иллюминаторов, одежда астронавтов и другие. А корабль Cygnus, на котором прошел сегодняшний пожар, 22 июня сойдет с орбиты и сгорит в атмосфере.
Огонь в невесомости September 12th, 2015
Слева - свечка горит на Земле, а справа - в невесомости.
Вот подробности …
Эксперимент, проведенный на борту Международной космической станции, дал неожиданные результаты – открытое пламя повело себя совсем не так, как ожидали ученые.
Как любят говорить некоторые ученые, огонь – это древнейший и самый успешный химический эксперимент человечества. Действительно, огонь шел с человечеством всегда: от первых костров, на которых жарили мясо, до пламени ракетного двигателя, который доставил человека на Луну. По большому счету, огонь является символом и орудием прогресса нашей цивилизации.
Доктор Форман А. Уильямс, (Forman A. Williams), профессор физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего, давно работает над изучением пламени. Обычно огонь – это сложнейший процесс тысяч взаимосвязанных химических реакций. Например в пламени свечи углеводородные молекулы испаряются с фитиля, расщепляются под воздействием тепла и соединяются с кислородом, производя свет, тепло, CO2 и воду. Некоторые из углеводородных фрагментов в форме кольцеобразных молекул, называемых полициклическими ароматическими углеводородами, образуют сажу, которая может также сгореть либо превратиться в дым. Знакомую каплевидную форму огоньку свечи придает гравитация и конвекция: горячий воздух поднимается вверх и затягивает в пламя свежий холодный воздух, благодаря чему пламя тянется вверх.
Но, оказывается, в невесомости все происходит иначе. В ходе эксперимента под названием FLEX, ученые изучали огонь на борту МКС, чтобы разработать технологии тушения пожаров в невесомости. Исследователи поджигали небольшие пузыри гептана внутри специальной камеры и смотрели, как ведет себя пламя.
Ученые столкнулись со странным явлением. В условиях микрогравитации, пламя горит по-другому оно образует маленькие шарики. Это явление было ожидаемым, поскольку в отличие от пламени на Земле, в невесомости кислород и топливо встречаются в тонком слое на поверхности сферы, Это простая схема, которая отличается от земного огня. Тем не менее, обнаружилась странность: ученые наблюдали продолжение горения огненных шариков даже после того, как по всем расчетам горение должно было прекратиться. При этом огонь перешел в так называемую холодную фазу – он горел очень слабо, настолько, что пламя невозможно было увидеть. Тем не менее, это было горение, и пламя могло мгновенно вспыхнуть с большой силой при контакте с топливом и кислородом.
Обычно видимый огонь горит при высокой температуре между 1227 и 1727 градусами Цельсия. Гептановые пузыри на МКС также ярко горели при этой температуре, но по мере исчерпания топлива и остывания, началось совсем другое горение — холодное. Оно проходит при относительно низкой температуре 227-527 градусов Цельсия и производят не сажу, CO2 и воду, а более токсичные моноксид углерода и формальдегид.
Похожие типы холодного пламени в лабораториях воспроизводились и на Земле, но в условиях гравитации сам по себе такой огонь неустойчив и всегда быстро затухает. На МКС, однако, холодное пламя может устойчиво гореть несколько минут. Это не очень приятное открытие, так как холодный огонь предоставляет собой повышенную опасность: он легче зажигается, в том числе самопроизвольно, его сложнее обнаружить и, к тому же, он выделяет больше токсичных веществ. С другой стороны, открытие может найти практическое применение, например в технологии HCCI, которая предполагает зажигание топлива в бензиновых моторах не от свечей, а от холодного пламени.
Эксперимент FLEX, проведенный на борту Международной космической станции, дал неожиданные результаты – открытое пламя повело себя совсем не так, как ожидали ученые.
Как любят говорить некоторые ученые, огонь – это древнейший и самый успешный химический эксперимент человечества. Действительно, огонь шел с человечеством всегда: от первых костров, на которых жарили мясо, до пламени ракетного двигателя, который доставил человека на Луну. По большому счету, огонь является символом и орудием прогресса нашей цивилизации.
Разница
пламени на Земле (слева) и в условиях невесомости (справа) очевидна.
Так или иначе, человечеству вновь придется осваивать огонь – на этот раз
в космосе.
Доктор Форман А. Уильямс, (Forman A. Williams), профессор физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего, давно работает над изучением пламени. Обычно огонь – это сложнейший процесс тысяч взаимосвязанных химических реакций. Например в пламени свечи углеводородные молекулы испаряются с фитиля, расщепляются под воздействием тепла и соединяются с кислородом, производя свет, тепло, CO2 и воду. Некоторые из углеводородных фрагментов в форме кольцеобразных молекул, называемых полициклическими ароматическими углеводородами, образуют сажу, которая может также сгореть либо превратиться в дым. Знакомую каплевидную форму огоньку свечи придает гравитация и конвекция: горячий воздух поднимается вверх и затягивает в пламя свежий холодный воздух, благодаря чему пламя тянется вверх.
Но, оказывается, в невесомости все происходит иначе. В ходе эксперимента под названием FLEX, ученые изучали огонь на борту МКС, чтобы разработать технологии тушения пожаров в невесомости. Исследователи поджигали небольшие пузыри гептана внутри специальной камеры и смотрели, как ведет себя пламя.
Ученые столкнулись со странным явлением. В условиях микрогравитации, пламя горит по-другому оно образует маленькие шарики. Это явление было ожидаемым, поскольку в отличие от пламени на Земле, в невесомости кислород и топливо встречаются в тонком слое на поверхности сферы, Это простая схема, которая отличается от земного огня. Тем не менее, обнаружилась странность: ученые наблюдали продолжение горения огненных шариков даже после того, как по всем расчетам горение должно было прекратиться. При этом огонь перешел в так называемую холодную фазу – он горел очень слабо, настолько, что пламя невозможно было увидеть. Тем не менее, это было горение, и пламя могло мгновенно вспыхнуть с большой силой при контакте с топливом и кислородом.
Обычно видимый огонь горит при высокой температуре между 1227 и 1727 градусами Цельсия. Гептановые пузыри на МКС также ярко горели при этой температуре, но по мере исчерпания топлива и остывания, началось совсем другое горение - холодное. Оно проходит при относительно низкой температуре 227-527 градусов Цельсия и производят не сажу, CO2 и воду, а более токсичные моноксид углерода и формальдегид.
Похожие типы холодного пламени в лабораториях воспроизводились и на Земле, но в условиях гравитации сам по себе такой огонь неустойчив и всегда быстро затухает. На МКС, однако, холодное пламя может устойчиво гореть несколько минут. Это не очень приятное открытие, так как холодный огонь предоставляет собой повышенную опасность: он легче зажигается, в том числе самопроизвольно, его сложнее обнаружить и, к тому же, он выделяет больше токсичных веществ. С другой стороны, открытие может найти практическое применение, например в технологии HCCI, которая предполагает зажигание топлива в бензиновых моторах не от свечей, а от холодного пламени.
НАСА играет с огнем на Международной космической станции, причем буквально.
Эксперимент «Флекс» проводится с марта 2009 года. Его цель состоит в том, чтобы лучше понять, как ведет себя огонь в микрогравитации. Результаты исследования могут подтолкнуть ученых к созданию улучшенных систем тушения огня на борту будущих космических кораблей.
Огонь в космосе горит иначе, чем на Земле. Когда огонь горит на Земле, он нагревает газы и «выбрасывает» продукты сгорания. В микрогравитации горячие газы не появляются. Таким образом, в космосе это совершенно другой процесс.
"В космосе пламя тянет к себе кислород в 100 раз медленнее, чем на Земле", - говорят исследователи.
Космический огонь может также гореть при более низкой температуре и с меньшим количеством кислорода.
Чтобы изучить поведение огня в космосе, ученые проекта «Флекс» зажигают каплю гептана или метанола на специальном приспособлении. Капелька загорается, ее охватывает сферическое пламя, и камеры делают запись всего процесса.
В процессе горения исследователи наблюдали некоторые неожиданные явления.
"К настоящему времени самая удивительная вещь, которую мы наблюдали, это продолжение горения капель гептана после исчезновения пламени. Мы еще не поняли, почему так происходит".
"На сегодняшний день еще много чего не понятно в процессе горения в космосе. Мы будем над этим работать".
