Prometheus ville være så stolt. Som en del af et NASA-eksperiment har mennesker bragt ild til International Space Station (ISS) for at se, hvad der sker med flammer i forsvindende lav tyngdekraft. Eksperimentet, kaldet Flame Extinguution-2 (FLEX-2), sigter mod at forbedre vores viden om, hvordan forskellige flydende brændstoffer brænder, og hvad de producerer, så vi kan skabe renere, mere effektive forbrændingsmotorer.
Relateret indhold
- Hvordan antænd raketter deres motorer i rummet uden ilt og flere spørgsmål fra vores læsere
- I rummet opfører flammer sig på måder, som ingen troede var mulige
FLEX-2 blev installeret på rumstationen i 2009 og drager fordel af de unikke forhold i rummet for at forenkle forbrændingsundersøgelser. Ved mikrogravitet kan flydende brændstof danne næsten perfekt dråber. Når disse kugler antændes, brænder flammen i en kugle, hvilket giver forskerne renere geometri til at køre modeller og beregninger.
At nå dette niveau af enkelhed var dog ingen gennemsnitlig bedrift, siger C. Thomas Avedisian ved Cornell University, som er medundersøger i FLEX-2-teamet. ”Jeg vil hævde, at dette er den vanskeligste forbrændingskonfiguration, der kan skabes til flydende brændstof, ” siger han. "Det tog flere årtier at fuldføre dette eksperiment, tilbage til midten af 80'erne."
I den seneste testkørsel, der er set i videoen ovenfor, er FLEX-2-kammeret - omtrent på størrelse med en brødkasse på indersiden - fyldt med en blanding af ilt og nitrogen under tryk, designet til at simulere luften på jordoverfladen. Nåler udleverer en 3-mm dråbe, der er halvt isooctan og halv heptan. Denne kemiske brygning fungerer som en enklere stand-in til benzin, siger Avedisian. De to væsker brændes generelt på lignende måde, men benzin kan indeholde så mange forskellige forbindelser, at dets opførsel er sværere at modellere.
To trådsløjfer leder strøm for at opvarme dråbet, indtil det antændes, hvilket udløser en glødende kugle af blå flamme, der brænder omkring 2000 Kelvin. Bliv ikke bedrag - den brændende sfære transporteres ikke pludselig til en stjernehimmel. Kammerlysene slukkes for at gøre flammen lettere at se, men det gør også pletter på billederne, forårsaget af små ufuldkommenheder i videosensorerne, mere tydelige. Flammekuglen begynder derefter at svinge, når forbrændingen dør ud, hvilket får den til at synes at pulsere gennem kammeret som en vandmand, der svømmer. Til sidst stråler bolden væk så meget varme, at den brændende varme flamme snus ud.
Avedisian og hans team har kørt adskillige tests som dette, og blandet brændstoftyper og faldstørrelser for at kontrollere for forskellige effekter. De er i stand til at kontrollere den indledende opsætning i realtid via et videofeed dirigeret til laboratoriet i Cornell og derefter se, når den automatiske test kører sin gang. Laboratorieteamet kører også lignende eksperimenter på jorden og ser på dråber, der er tættere på størrelse med den mikroskala-sort, der er oprettet, når brændstof injiceres i en bilmotor. For at simulere lav tyngdekraft på Jorden, dropper Cornell-teamet deres dråber - de sender de brændende orbs gennem et 25 fods fritfaldskammer og filmer dem på vej ned.
Dråberne dannet i rumforsøgene lader holdet se forbrændingsfysikken i større skalaer og sammenligne resultaterne med testene udført på Jorden. En lidt forundrende opdagelse er, at pulser af vandmænds stil kun sker, når dråben er stor nok - ca. 3 millimeter eller større - og de sker ikke hele tiden. ”Flammeoscillationerne er virkelig ikke godt forstået, ” siger Avedisian.
I sidste ende kan det at studere de levende ildkugler afsløre måder, hvorpå brændstoffer brænder renere. ”Det, vi mener, er, at der er en forbrændingszone med lav temperatur eller” cool flamme ”- dråben brænder stadig, selvom vi ikke kan se flammen, ” siger Avedisian. I denne zone brændes ilden kun omkring 600 til 800 Kelvin.
”Motorproducenter har undersøgt måder at reducere forurening, der involverer brugen af kold-flamme-kemi, og at kemi ikke er så godt forstået som varm-flamme-kemi, ” tilføjer FLEX-2-hovedundersøger Forman A. Williams ved University of California, San Diego. "Ved at studere de kølige flammer, som vi fandt i ISS-eksperimenterne, kan vi muligvis få bedre forståelse af den kemi, som derefter kunne være nyttigt for motorproducenterne i deres design."
