Vuur was niet alleen belangrijk voor het menselijk leven in de oudheid, maar is nog steeds een integraal onderdeel van ons moderne leven. Het verwarmt onder meer onze huizen en ons water, kookt ons eten, wekt elektriciteit op en drijft onze voertuigen aan. Maar gezien de grote complexiteit ervan, is er nog steeds veel dat we niet weten over de complexiteit van vlamgedrag.
Een team van onderzoekers uit de academische wereld, het Glenn Research Center van NASA, de afdeling Biologische en Exacte Wetenschappen van het bureau en andere organisaties hebben onlangs een reeks onderzoeken op het internationale ruimtestation afgerond om een beter begrip te krijgen van verbrandingsverschijnselen. De Geavanceerde verbranding via microzwaartekrachtexperimenten, of ACME, de in-orbit-tests van het project begonnen in 2017 en omvatten zes succesvolle onderzoeken van niet-voorgemengde vlammen van gasvormige brandstof.
Niet-voorgemengde vlammen, zoals kaarsvlammen, zijn vlammen waarin de brandstof en het oxidatiemiddel gescheiden blijven vóór reactie of ontsteking. Voorgemengde vlammen komen voor in veel van de bovengenoemde scenario's voor dagelijks gebruik, wanneer de brandstof en het oxidatiemiddel worden gemengd voorafgaand aan de reactie.
De zes ACME-experimenten waren:
- Emulator voor verbrandingssnelheid (BRE) - gedemonstreerde materialen kunnen minutenlang branden als er geen luchtstroom is in de atmosfeer van bemanningsvoertuigen die worden overwogen voor toekomstige missies.
- Coflow laminaire diffusievlam (CLD Flame) – leverde benchmarkgegevens op bij roet en sterk verdunde extremen om rekenmodellen te verbeteren.
- Onderzoek naar koele vlammen met gassen (CFI-G) - resulteerde in niet-voorgemengde koele vlammen van gasvormige brandstoffen zonder verbeteringen, zoals verwarmde reactanten, gepulseerde plasma's of ozontoevoeging, die vereist waren bij grondtests.
- Effecten op elektrisch veld op laminaire diffusievlammen (E-FIELD Flames) – demonstreerde het potentiële gebruik van elektrische velden om emissies van niet-voorgemengde vlammen te verminderen.
- Vlamontwerp – toonde voor de eerste keer quasi-stabiele niet-voorgemengde sferische vlammen en stralingswarmteverlies aan, leidend tot uitdoving voor grotere vlammen.
- Structuur en reactie van sferische diffusievlammen (s-Flame) - leverde gegevens over vlamgroei en -uitdoving voor de verbetering van computermodellen.
De experimenten werden uitgevoerd met een enkele modulaire set hardware in het Combustion Integrated Rack (CIR) van het ruimtestation. De tests werden op afstand aangestuurd vanuit het Glenn ISS Payload Operations Center van NASA in Cleveland.
"Meer dan 1,500 vlammen werden ontstoken, meer dan drie keer zoveel als oorspronkelijk gepland", zei Stocker. "Er werden ook verschillende 'primeurs' behaald, misschien wel het meest in het bijzonder op het gebied van koele en sferische vlammen."
Stocker zei dat ongeveer 50 medewerkers van NASA Glenn, de academische wereld en ZIN Technologies, Inc. ACME ondersteunden gedurende vier en een half jaar in-orbit-operaties. Daarnaast speelden meer dan 30 bemanningsleden uit zes landen een essentiële rol bij het opzetten van de hardware voor elk onderzoek en het vervangen van gasflessen, ontstekingstips en andere experimentspecifieke hardware waar nodig.
De ACME-hardware is uit de CIR verwijderd om ruimte te maken voor de Vaste brandstofontsteking en uitsterven, of SoFIE, hardware die in februari 2022 werd gelanceerd, wat de volgende stap is in NASA's in-orbit verbrandingsonderzoek. De ACME-hardware zal de komende maanden naar de aarde terugkeren met de bedoeling om met toekomstige experimenten opnieuw naar het ruimtestation te lanceren.
