Zrozumienie, w jaki sposób ogień rozprzestrzenia się i zachowuje w przestrzeni kosmicznej, jest kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa astronautom. Jednocześnie pomoże to lepiej poznać i kontrolować ogień na dole studni grawitacyjnej – tutaj na Ziemi. Aby zdobyć tę wiedzę, załoga ISS wielokrotnie rozpalała na stacji ogień, oczywiście podczas w pełni bezpiecznego eksperymentu. Nagranie ognia w warunkach mikrograwitacji jest zachwycające!

Płomień w kosmosie

Jeśli spojrzeć do jakiegokolwiek podręcznika na temat spalania, wszystkie teorie pomijają wpływ grawitacji. Celem eksperymentu przeprowadzonego przez astronautów było sprawdzenie, jak ten proces będzie wyglądał, kiedy wyłączymy z równania grawitację, a przynajmniej jej odczuwalną część. Takie warunki pozwalają na sprawdzenie niektórych podstawowych zasad tej dziedziny, na co liczą naukowcy.

Płomień w warunkach mikrograwitacji tworzy się inaczej niż przy powierzchni planety. Na Ziemi gorące gazy z płomienia wznoszą się do góry, a chłodniejsze i gęstsze powietrze grawitacja ściąga w dół. Przepływ ten wpływa zarówno na kształt płomienia jak i widoczny efekt migotania. W warunkach obniżonej grawitacji, w praktyce nieodczuwalnego przyciągania, płomień przybiera formę kulistą. Brak przepływu powietrza redukuje zmienne spalania i upraszcza cały eksperyment.

Liczenie grudek sadzy

Astronauci we współpracy z naukowcami na Ziemi przeprowadzają na stacji serię eksperymentów ze spalaniem w ramach projektu ACME (Advanced Combustion via Microgravity Experiments). Zebrane wyniki mogą pomóc w zwiększeniu efektywności procesu spalania paliw, w tym redukcji powstających zanieczyszczeń. Bezpieczną przestrzeń do badań związanych z ogniem gwarantuje komora Combustion Integrated Rack, która zamontowana została na ISS w 2008 roku. Biorąc pod uwagę, że od ponad 10 lat żaden z astronautów nie puścił stacji z dymem, CIR sprawuje się znakomicie.

Jeden z tych eksperymentów jest Flame Design, który koncentruje się na sadzy. Powstaje ona w wyniku niepełnego spalenia się materiałów organicznych lub innych o dużej zawartości węgla. Eksperyment polega na tworzeniu płomienia w różnych warunkach i mierzeniu za każdym razem jak wiele powstaje sadzy. Na załączonym w materiale nagraniu widać ją pod postacią żółtych, świecących się grudek. Przy spalaniu w mikrograwitacji grudki te rosną większe niż na Ziemi, ponieważ sadza utrzymuje się dłużej w płomieniu.

Skąd to zainteresowanie sadzą? Powoduje ona na Ziemi problemy środowiskowe i zdrowotne u ludzi, choć ma też pewne dobre strony — zwiększa promieniowanie cieplne, dzięki któremu jest cieplej. Niemniej, kiedy celem spalania paliwa jest produkcja energii, sadza jest tam produktem zbędnym. Zebrane dane z eksperymentu mogą pomóc kontrolować spalanie i proces powstania sadzy.

Astronautka Christina Koch przy komorze CIR, źródło: NASA

Bezpieczny Mars i czysta Ziemia

Oczywiście każda dodatkowa wiedza dotycząca przebiegu spalania ma potencjał do zwiększenia bezpieczeństwa przeciwpożarowego astronautów na stacjach w przestrzeni kosmicznej, a także w nieodległej przyszłości w bazach na powierzchni innych planet i księżyców. 

Część naszej przyszłości wiąże się z niepełną grawitacją. Zrozumienie tego będzie ważne dla bezpieczeństwa przeciwpożarowego na innych światach jak Księżyc czy Mars

– Dennis Stocker, NASA Glenn Research Center

Płomienie na stacji kosmicznej tworzy się nie tylko z myślą o samej nauce i kosmosie, ale również o przyziemnej stronie ich zastosowania. Większość energii na naszej planecie wytwarza się w elektrowniach spalających paliwa kopalne. To samo tyczy się transportu. Spalanie ma więc wpływ na nasze codzienne życie. Nowa wiedza może przyczynić się do tego, że będzie ono wydajniejsze i czystsze. W dobie kryzysu klimatycznego ma to ogromne znaczenie.