Дослідження на Міжнародній космічній станції допомагають вченим зрозуміти, як вогонь поширюється і поводиться в різних середовищах, а також навчитися запобігати та гасити пожежі в космосі.
Дослідження процесів горіння сприяють безпеці членів екіпажу, обладнання та космічних кораблів, допомагаючи вибирати матеріали для космічного корабля з розумінням, як поширюється вогонь, та які оптимальні методи гасіння застосовувати. Такі дослідження також сприяють підвищенню пожежної безпеки на Землі.
Мікрогравітація суттєво впливає на полум'я, це унікальне середовище для вивчення процесу горіння у невагомості. На Землі гарячі гази від полум'я піднімаються вгору, а сила тяжіння притягує холодніші і щільніші гази до нижньої частини полум'я, створюючи класичну форму та ефект мерехтіння. В умовах мікрогравітації полум'я поводиться інакше, досліди на космічній станції показали, що полум'я має тенденцію мати округлу або навіть сферичну форму. Незначна гравітація або її відсутність дає дослідникам краще розуміння конкретної поведінки вогню.
Для цього Дослідницький центр NASA ім. Дж. Гленна розробив та експлуатує на МКС спеціальний експериментальний пристрій Combustion Integrated Rack (CIR), що включає оптичний стенд, камеру згоряння, систему контролю палива та окислювача, а також п'ять різних камер для проведення експериментів з горіння в умовах мікрогравітації. Це безпечне середовище для широкого спектру експериментів із горіння. Різні вставки, що завантажуються в спеціальні камери, дозволяють проводити різноманітні дослідження.
Деякі експерименти, проведені за допомогою CIR
Вставка FLame Extinguishment Experiments, або FLEX, дозволяє вивчати поведінку ближнього дифузійного полум'я, докладно вивчаючи перенесення рідини та газу та хімічну кінетику. FLEX, яка дозволяє аналізувати ефективність засобів пожежогасіння, призвела до відкриття типу «холодного» полум'я, при якому паливо продовжує горіти за певних умов після згасання видимого полум'я. Звичайне полум'я виділяє вуглекислий газ і воду, але «холодне» полум'я виділяє чадний газ та формальдегід. Вивчення інформації про поведінку цього полум'я, що хімічно відрізняється, може призвести до розробки більш ефективних транспортних засобів, менш забруднюючих довкілля. Таке «холодне» полум'я, що утворюється на Землі, швидко гасне. І оскільки воно довше горить в умовах мікрогравітації, вчені мають можливість його вивчити.
Експеримент FLEX-2 допомагає вивчити, як швидко згоряють краплі палива, умови, необхідні для утворення сажі, і як суміші рідкого палива випаровуються перед займанням. Результати можуть допомогти зробити майбутні космічні кораблі більш безпечними та підвищити паливну ефективність двигунів, які використовують рідке паливо на Землі.
Solid Fuel Ignition and Extinction – Growth and Extinction Limit (SoFIE-GEL) аналізує, як температура палива впливає на займистість матеріалу. Дослідники повідомляють, що експериментальні спостереження відповідають тенденціям, передбаченим моделями.
Advanced Combustion via Microgravity Experiments (ACME) — це набір із шести незалежних досліджень, які використовують CIR для вивчення ефективності використання палива та утворення забруднюючих речовин при спалюванні на Землі. Під час експерименту також розглядалися питання покращення запобігання пожежам на космічних кораблях за рахунок кращого розуміння займистості матеріалів.
Burning and Suppression of Solids (BASS) було одним з перших досліджень, що вивчали способи гасіння палива, що горить в умовах мікрогравітації. При гасінні пожеж у космосі необхідно враховувати геометрію полум'я, характеристики матеріалів та методи, що використовуються для його гасіння, оскільки методи, що використовуються на Землі, можуть бути неефективними або навіть посилити полум'я.
BASS-II досліджував характеристики різних зразків палива, щоб побачити, чи горять матеріали в умовах мікрогравітації так само добре, як і за нормальної гравітації, за правильних умов.
Saffire— це серія експериментів, що проводяться на борту безпілотних вантажних космічних кораблів Cygnus після того, як вони покинуть станцію, що дозволяє проводити випробування з більшими загораннями, не наражаючи членів екіпажу на ризик. Результати поширення полум'я в умовах мікрогравітації можна використовувати для встановлення швидкості виділення тепла в космічному кораблі і показати, що зниження тиску уповільнює це поширення.
Експеримент Confined Combustion досліджує поширення полум'я у замкнутих просторах різної форми. Локалізація впливає на характеристики пожежі та небезпеки. Дослідники повідомляють про особливості взаємодії між полум'ям і навколишніми стінками, а також про поведінку полум'я, наприклад, його зростання або згасання. Ці результати є керівництвом для проектування конструкцій, норм пожежної безпеки та реагування в космосі та на Землі.
FLARE, дослідження, спонсороване Японським агентством аерокосмічних досліджень (JAXA), також перевіряє займистість матеріалів в умовах мікрогравітації. Результати можуть значно покращити пожежну безпеку у майбутніх місіях.
