Огонь был важен не только для жизни человека в древности, но и по сей день остается неотъемлемой частью нашей современной жизни. Он обогревает наши дома и воду, готовит нашу еду, вырабатывает электричество и приводит в движение наши автомобили, среди прочего. Тем не менее, учитывая его огромную сложность, мы еще многого не знаем о сложностях поведения пламени.
Группа исследователей из научных кругов, Исследовательского центра Гленна НАСА, Отдела биологических и физических наук агентства и других организаций недавно завершила серию исследований на Международной космической станции, чтобы лучше понять явления горения. Усовершенствованное горение с помощью экспериментов в условиях микрогравитации, или ACME, орбитальные испытания проекта начались в 2017 году и включали в себя шесть успешных исследований пламени газообразного топлива без предварительного смешения.
Пламя без предварительного смешения, такое как пламя свечи, — это пламя, в котором горючее и окислитель остаются отдельными до реакции или воспламенения. Предварительно смешанное пламя возникает во многих из упомянутых выше сценариев повседневного использования, когда топливо и окислитель смешиваются до реакции.
Шесть экспериментов ACME были следующими:
- Эмулятор скорости горения (BRE) - продемонстрированные материалы могут гореть в течение нескольких минут при отсутствии потока воздуха в атмосфере корабля экипажа, рассматриваемого для будущих миссий.
- Ламинарное диффузионное пламя совмещенного потока (CLD Flame) — получены эталонные данные для экстремальных значений содержания сажи и сильного разбавления для улучшения вычислительных моделей.
- Исследование холодного пламени с помощью газов (CFI-G) - привело к получению холодного пламени газообразного топлива без предварительного смешения без улучшений, таких как нагретые реагенты, импульсная плазма или добавление озона, которые требовались при наземных испытаниях.
- Влияние электрического поля на ламинарные диффузионные пламена. (E-FIELD Flames) – продемонстрировано потенциальное использование электрических полей для снижения выбросов от пламени без предварительного смешения.
- Дизайн пламени - впервые продемонстрировал квазистационарное сферическое пламя без предварительного смешения и радиационную потерю тепла, приводящую к угасанию более крупных пламен.
- Структура и отклик сферических диффузионных пламен. (s-Flame) — предоставил данные о росте и угасании пламени для улучшения вычислительных моделей.
Эксперименты проводились с единым модульным набором оборудования в интегрированной стойке для сжигания (CIR) космической станции. Испытания проводились дистанционно из Центра управления полезной нагрузкой МКС имени Гленна НАСА в Кливленде.
«Было зажжено более 1,500 пожаров, что более чем в три раза превышает первоначально запланированное количество», — сказал Стокер. «Также было достигнуто несколько «первых», возможно, в первую очередь в области холодного и сферического пламени».
Стокер сказал, что около 50 сотрудников NASA Glenn, научных кругов и ZIN Technologies, Inc. поддерживали ACME в течение четырех с половиной лет работы на орбите. Кроме того, более 30 членов экипажа из шести стран сыграли важную роль в настройке оборудования для каждого исследования и замене газовых баллонов, наконечников воспламенителя и другого оборудования для конкретных экспериментов по мере необходимости.
Оборудование ACME было удалено из CIR, чтобы освободить место для Зажигание и гашение твердого топлива, или SoFIE, аппаратное обеспечение, запущенное в феврале 2022 года, что является следующим шагом НАСА в исследованиях сжигания на орбите. Аппаратное обеспечение ACME планируется вернуть на Землю в ближайшие месяцы с намерением снова запустить на космическую станцию для будущих экспериментов.
