Исследования на Международной космической станции помогают ученым понять, как огонь распространяется и ведет себя в различных средах, а также научиться предотвращать и тушить пожары в космосе.
Исследования процессов горения способствуют безопасности членов экипажа, оборудования и космических кораблей, помогая выбирать материалы для космического корабля с пониманием, как распространяется огонь, и какие оптимальные методы тушения применять. Такие исследования также способствуют повышению пожарной безопасности на Земле.
Микрогравитация существенно влияет на пламя, это уникальная среда для изучения процесса горения в невесомости. На Земле горячие газы от пламени поднимаются вверх, а сила тяжести притягивает более холодные и плотные газы к нижней части пламени, создавая классическую форму и эффект мерцания. В условиях микрогравитации пламя ведет себя по-другому, опыты на космической станции показали, что пламя имеет тенденцию иметь округлую или даже сферическую форму. Незначительная гравитация или ее отсутствие дает исследователям лучшее понимание конкретного поведения огня.
Для этого Исследовательский центр NASA им. Дж. Гленна разработал и эксплуатирует на МКС специальное экспериментальное устройство Combustion Integrated Rack (CIR), включающее оптический стенд, камеру сгорания, систему контроля топлива и окислителя, а также пять различных камер для проведения экспериментов по горению в условиях микрогравитации. Это безопасная среда для широкого спектра экспериментов по горению. Различные вставки, загружаемые в специальные камеры, позволяют проводить различные исследования.
Некоторые эксперименты, проведенные с помощью устройства Combustion Integrated Rack
Вставка FLame Extinguishment Experiments, или FLEX, позволяет изучать поведение ближнего диффузионного пламени, подробно изучая перенос жидкости и газа и химическую кинетику. FLEX, которая позволяет анализировать эффективность средств пожаротушения, привела к открытию типа «холодного пламени», при котором топливо продолжает «гореть» при определенных условиях после угасания видимого пламени. Обычное пламя выделяет углекислый газ и воду, но холодное пламя выделяет угарный газ и формальдегид. Изучение информации о поведении этого химически отличающегося пламени может привести к разработке более эффективных транспортных средств, менее загрязняющих окружающую среду. Такое «холодное пламя», образующееся на Земле, быстро гаснет. И поскольку оно дольше горит в условиях микрогравитации, у ученых есть возможность его изучить.
Эксперимент FLEX-2 помогает изучить, как быстро сгорают капли топлива, условия, необходимые для образования сажи, и как смеси жидкого топлива испаряются перед возгоранием. Результаты могут помочь сделать будущие космические корабли более безопасными и повысить топливную эффективность двигателей, использующих жидкое топливо на Земле.
Solid Fuel Ignition and Extinction – Growth and Extinction Limit (SoFIE-GEL) анализирует, как температура топлива влияет на воспламеняемость материала. Исследователи сообщают, что экспериментальные наблюдения согласуются с тенденциями, предсказанными моделями.
Advanced Combustion via Microgravity Experiments (ACME) — это набор из шести независимых исследований, использующих CIR для изучения эффективности использования топлива и образования загрязняющих веществ при сжигании на Земле. Во время эксперимента также рассматривались вопросы улучшения предотвращения пожаров на космических кораблях за счет лучшего понимания воспламеняемости материалов.
Burning and Suppression of Solids (BASS) было одним из первых исследований, изучавших способы тушения топлива, горящего в условиях микрогравитации. При тушении пожаров в космосе необходимо учитывать геометрию пламени, характеристики материалов и методы, используемые для его тушения, поскольку методы, используемые на Земле, могут быть неэффективными или даже усугубить пламя.
BASS-II исследовал характеристики различных образцов топлива, чтобы увидеть, горят ли материалы в условиях микрогравитации так же хорошо, как и при нормальной гравитации, при правильных условиях.
Saffire — это серия экспериментов, проводимых на борту беспилотных грузовых космических кораблей Cygnus после того, как они покинут станцию, что позволяет проводить испытания с более крупными возгораниями, не подвергая членов экипажа риску. Результаты по распространению пламени в условиях микрогравитации можно использовать для установления скорости выделения тепла в космическом корабле и показать, что снижение давления замедляет это распространение.
Эксперимент Confined Combustion исследует распространение пламени в замкнутых пространствах различной формы. Локализация влияет на характеристики пожара и опасности. Исследователи сообщают об особенностях взаимодействия между пламенем и окружающими его стенками, а также о поведении пламени, например, его росте или угасании. Эти результаты служат руководством для проектирования конструкций, норм пожарной безопасности и реагирования в космосе и на Земле.
FLARE, исследование, спонсируемое Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA), также проверяет воспламеняемость материалов в условиях микрогравитации. Результаты могут значительно улучшить пожарную безопасность в будущих миссиях.
