Feuer war nicht nur in der Antike wichtig für das menschliche Leben, sondern ist auch heute noch ein wesentlicher Bestandteil unseres modernen Lebens. Es heizt unter anderem unsere Häuser und unser Wasser, kocht unser Essen, erzeugt Strom und treibt unsere Fahrzeuge an. Doch angesichts seiner großen Komplexität wissen wir immer noch vieles nicht über die Komplexität des Flammenverhaltens.
Ein Team von Forschern aus dem akademischen Bereich, dem Glenn Research Center der NASA, der Abteilung für biologische und physikalische Wissenschaften der Agentur und anderen Organisationen hat kürzlich eine Reihe von Untersuchungen auf der Internationalen Raumstation abgeschlossen, um ein besseres Verständnis von Verbrennungsphänomenen zu erhalten. Das Fortgeschrittene Verbrennung durch Mikrogravitationsexperimente, oder ACME, begannen die In-Orbit-Tests des Projekts im Jahr 2017 und umfassten sechs erfolgreiche Untersuchungen von nicht vorgemischten Flammen aus gasförmigem Brennstoff.
Nicht vorgemischte Flammen, wie Kerzenflammen, sind solche, bei denen der Brennstoff und das Oxidationsmittel vor der Reaktion oder Entzündung getrennt bleiben. Vorgemischte Flammen treten in vielen der oben erwähnten alltäglichen Anwendungsszenarien auf, wenn der Brennstoff und das Oxidationsmittel vor der Reaktion gemischt werden.
Die sechs ACME-Experimente waren:
- Brennraten-Emulator (BRE) – demonstrierte Materialien können minutenlang ohne Luftstrom in Atmosphären von Besatzungsfahrzeugen brennen, die für zukünftige Missionen in Betracht gezogen werden.
- Coflow Laminar Diffusion Flamme (CLD Flame) – lieferte Benchmark-Daten bei rußigen und stark verdünnten Extremen, um Rechenmodelle zu verbessern.
- Cool Flames Untersuchung mit Gasen (CFI-G) – führte zu nicht vorgemischten kühlen Flammen gasförmiger Brennstoffe ohne Verbesserungen wie erhitzte Reaktanten, gepulste Plasmen oder Ozonzugabe, die bei Bodentests erforderlich waren.
- Auswirkungen elektrischer Felder auf laminare Diffusionsflammen (E-FIELD Flames) – demonstrierte die potenzielle Nutzung elektrischer Felder zur Reduzierung von Emissionen aus nicht vorgemischten Flammen.
- Flammendesign – demonstrierten zum ersten Mal quasistationäre, nicht vorgemischte kugelförmige Flammen und Strahlungswärmeverluste, die bei größeren Flammen zum Erlöschen führten.
- Struktur und Reaktion kugelförmiger Diffusionsflammen (s-Flame) – lieferte Daten zum Flammenwachstum und -löschen zur Verbesserung von Rechenmodellen.
Die Experimente wurden mit einem einzigen modularen Hardwaresatz im Combustion Integrated Rack (CIR) der Raumstation durchgeführt. Die Tests wurden vom Glenn ISS Payload Operations Center der NASA in Cleveland ferngesteuert.
„Über 1,500 Flammen wurden gezündet, mehr als dreimal so viele wie ursprünglich geplant“, sagte Stocker. „Es wurden auch mehrere ‚Premieren‘ erreicht, vielleicht am bemerkenswertesten in den Bereichen kühle und kugelförmige Flammen.“
Stocker sagte, dass etwa 50 Mitarbeiter von NASA Glenn, Academie und ZIN Technologies, Inc. ACME während viereinhalb Jahren im Orbit-Betrieb unterstützten. Darüber hinaus spielten mehr als 30 Besatzungsmitglieder aus sechs Ländern eine wesentliche Rolle beim Aufbau der Hardware für jede Untersuchung und beim Austausch von Gasflaschen, Zündspitzen und anderer experimentspezifischer Hardware nach Bedarf.
Die ACME-Hardware wurde aus dem CIR entfernt, um Platz für die zu schaffen Solid Fuel Ignition and Extinction oder SoFIE, Hardware, die im Februar 2022 auf den Markt kam und der nächste Schritt in der Verbrennungsforschung der NASA im Orbit ist. Die ACME-Hardware soll in den kommenden Monaten zur Erde zurückkehren, um mit zukünftigen Experimenten erneut zur Raumstation zu starten.
