Прометей был бы так горд. В рамках эксперимента НАСА люди принесли огонь на Международную космическую станцию (МКС), чтобы увидеть, что происходит с пламенем в исчезающе низкой гравитации. Эксперимент под названием «Тушение пламенем-2» (FLEX-2) направлен на улучшение наших знаний о том, как сжигаются различные жидкие топлива и что они производят, чтобы мы могли создавать более чистые и эффективные двигатели внутреннего сгорания.
Связанный контент
- Как ракеты зажигают свои двигатели в космосе без кислорода и больше вопросов от наших читателей
- В космосе пламя ведет себя так, что никто и не думал
Установленный на космической станции в 2009 году, FLEX-2 использует уникальные условия в космосе, чтобы упростить исследования горения. В условиях микрогравитации жидкое топливо может образовывать практически идеально круглые капли. Когда эти сферы воспламеняются, пламя горит в виде шара, давая ученым более чистую геометрию для запуска моделей и расчетов.
Достижение этого уровня простоты, тем не менее, было немалым подвигом, говорит К. Томас Аведисян из Корнельского университета, который является одним из исследователей в команде FLEX-2. «Я бы сказал, что это самая сложная конфигурация сгорания для жидкого топлива», - говорит он. «Этот эксперимент занял десятилетия для совершенствования, начиная с середины 80-х годов».
В последнем испытании, показанном на видео выше, камера FLEX-2 - размером с хлебницу внутри - заполнена смесью кислорода и азота под давлением, предназначенной для имитации воздуха на поверхности Земли. Иглы распределяют 3-миллиметровую каплю, которая является половиной изооктана и половиной гептана. По словам Аведисяна, этот химический напиток служит более простой заменой бензина. Обе жидкости, как правило, горят одинаково, но бензин может содержать так много разных соединений, что его поведение сложнее моделировать.
Две проволочные петли проводят ток, чтобы нагреть каплю, пока она не загорелась, зажгая светящийся шар голубого пламени, который горит около 2000 Кельвинов. Не обманывайтесь - горящая сфера внезапно не переносится на звездное небо. Подсветка камеры гаснет, чтобы было легче увидеть пламя, но это также делает пятнышки на изображениях, вызванные крошечными дефектами в видеодатчиках, более заметными. Затем шар пламени начинает колебаться, когда сгорает пламя, заставляя его пульсировать через камеру, как плавающая медуза. В конце концов, шар излучает столько тепла, что загорелое пламя погасло.
Avedisian и его команда провели несколько подобных тестов, смешивая типы топлива и размеры капель, чтобы проверить различные эффекты. Они могут контролировать начальную настройку в режиме реального времени с помощью видеопотока, направляемого в лабораторию в Корнелле, а затем наблюдать за ходом автоматического теста. Лабораторная команда также проводит аналогичные эксперименты на земле, глядя на капли, более близкие по размеру к микромасштабной разновидности, созданной, когда топливо впрыскивается в автомобильный двигатель. Чтобы имитировать низкую гравитацию на Земле, команда Корнелла сбрасывает свои капли - они посылают горящие шары через 25-футовую камеру свободного падения и снимают их на пути вниз.
Капли, образовавшиеся в космических экспериментах, позволяют команде увидеть физику горения в больших масштабах и сравнить результаты с испытаниями, проведенными на Земле. Одно несколько удивительное открытие заключается в том, что импульсы в виде медуз возникают только тогда, когда капля достаточно велика - около 3 миллиметров или больше - и они не происходят постоянно. «Колебания пламени действительно не совсем понятны», - говорит Аведисян.
В конечном счете, изучение левитирующих огненных шаров может выявить способы сделать топливо более чистым. «Мы думаем, что существует зона сгорания с низкой температурой или« холодным пламенем »- капля все еще горит, даже если мы не видим пламя», - говорит Аведисян. В этой зоне огонь горит только от 600 до 800 Кельвинов.
«Производители двигателей изучают способы уменьшения загрязнения, которые включают использование химии холодного пламени, и эта химия не так понятна, как химия горячего пламени», - добавляет главный исследователь FLEX-2 Форман А. Уильямс из Калифорнийского университета., Сан Диего. «Изучая холодное пламя, которое мы обнаружили в экспериментах на МКС, мы сможем лучше понять эту химию, которая затем может помочь производителям двигателей в их конструкциях».
