Tarptautinėje kosminėje stotyje atliktas eksperimentas davė netikėtų rezultatų - atvira liepsna elgėsi visai kitaip, nei tikėjosi mokslininkai.
Kaip sako kai kurie mokslininkai, ugnis yra seniausias ir sėkmingiausias žmonijos cheminis eksperimentas. Iš tikrųjų ugnis visada vyko kartu su žmonija: nuo pirmųjų laužų, ant kurių buvo kepama mėsa, iki raketinio variklio liepsnos, atnešusios žmogų į mėnulį. Iš esmės ugnis yra mūsų civilizacijos progreso simbolis ir įrankis.
- „Salik.biz“
Kalifornijos universiteto San Diege fizikos profesorius dr. Formanas A. Williamsas turi ilgą liepsnos tyrinėjimo istoriją. Gaisras paprastai yra sudėtingas tūkstančių tarpusavyje susijusių cheminių reakcijų procesas. Pvz., Žvakės liepsnoje angliavandenilių molekulės išgarina iš dagčio, suskyla veikdamos šilumą ir sujungiamos su deguonimi, kad susidarytų šviesa, šiluma, CO2 ir vanduo. Kai kurios žiedo formos molekulių pavidalo angliavandenilių liekanos, vadinamos policikliais aromatiniais angliavandeniliais, sudaro suodžius, kurie taip pat gali degti arba virsti dūmais. Žinomos ašaros formos žvakės lempą suteikia sunkumas ir konvekcija: karštas oras pakyla aukštyn ir į liepsną įtraukia šviežią šaltą orą, tokiu būdu traukdamas liepsną aukštyn.
Bet paaiškėja, kad esant nulinei gravitacijai viskas vyksta skirtingai. Eksperimente, pavadintame FLEX, mokslininkai tyrė gaisrą ISS laive, kad sukurtų gaisrų gesinimo technologijas esant nulio gravitacijai. Tyrėjai uždegė mažus heptano burbulus specialios kameros viduje ir stebėjo, kaip elgiasi liepsnos.
Mokslininkai susiduria su keistu reiškiniu. Mikrogravitacijos metu liepsna dega skirtingai, ji sudaro mažus rutulius. Šis reiškinys buvo tikimasi, nes, priešingai nei liepsna žemėje, esant nuliniam gravitacijai, deguonis ir kuras susitinka plonu rutulio paviršiumi. Tai paprasta schema, kuri skiriasi nuo žemiškos ugnies. Tačiau buvo aptiktas keistas dalykas: mokslininkai pastebėjo nuolatinį ugnies kamuolių deginimą net ir po to, kai, visų skaičiavimų duomenimis, degimas turėjo būti sustabdytas. Tuo pačiu metu ugnis perėjo į vadinamąją šaltąją fazę - ji degė labai silpnai, tiek, kad liepsnos nebuvo galima pamatyti. Tačiau ji degė, ir liepsna galėjo akimirksniu užsidegti, liečianti degalus ir deguonį.
Paprastai matomas ugnis dega aukštoje 1227–1727 laipsnių temperatūroje. Šioje temperatūroje ryškiai degė ir heptano burbuliukai ant ISS, tačiau degalų išeikvojus ir atvėsus, prasidėjo visiškai kitoks degimas - šaltis. Jis vyksta santykinai žemoje 227–527 laipsnių temperatūroje ir nesudaro suodžių, CO2 ir vandens, o toksiškesnis anglies monoksidas ir formaldehidas.
Panašių rūšių šalta liepsna buvo atgaminta laboratorijose Žemėje, tačiau sunkio sąlygomis toks gaisras pats savaime yra nestabilus ir visada greitai užgeso. Tačiau ISS šalta liepsna keletą minučių gali nuolat degti. Tai nėra labai malonus atradimas, nes šalta ugnis kelia padidintą pavojų: ji lengviau užsidega, įskaitant savaiminį užsidegimą, ją sunkiau aptikti, be to, ji išskiria daugiau toksiškų medžiagų. Kita vertus, atradimą galima rasti praktiškai, pavyzdžiui, naudojant HCCI technologiją, kuri apima degalų deginimą benzininiuose varikliuose ne nuo žvakių, o nuo šaltos liepsnos.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Šis vaizdas buvo padarytas eksperimento metu ištirti degimo fiziką specialiame Jono Gleno tyrimų centro (Gleno tyrimų centras) 30 metrų bokšte (2,2 sekundės lašas), sukurtame, kad būtų galima modeliuoti laisvo kritimo mikrogravitacijos sąlygas. Šiame bokšte buvo iš anksto išbandyta daugybė eksperimentų, kurie vėliau buvo atlikti su kosminiais laivais, todėl jis vadinamas „vartais į kosmosą“.
Sferinė liepsnos forma paaiškinama tuo, kad esant nulinėms gravitacijos sąlygoms oro judėjimas nėra kylantis, o šiltųjų ir šaltųjų sluoksnių konvekcija nevyksta, o tai Žemėje „traukia“liepsną į lašo formą. Degimo liepsna neturi pakankamai gryno oro, kuriame yra deguonies, ir ji pasirodo esanti mažesnė ir ne tokia karšta. Geltonai oranžinę liepsnos spalvą, mums pažįstamą Žemėje, sukelia suodžių dalelių švytėjimas, kylantis aukštyn karštu oro srautu. Esant nuliniam sunkio laipsniui, liepsna įgauna mėlyną spalvą, nes susidaro mažai suodžių (tam reikia aukštesnės nei 1000 ° C temperatūros), o suodžiai, kurie yra dėl žemesnės temperatūros, švytės tik infraraudonųjų spindulių diapazone. Viršutinėje nuotraukoje liepsna vis dar yra geltonai oranžinės spalvos, nes užfiksuotas ankstyvasis uždegimo etapas, kai dar yra pakankamai deguonies.
Norint užtikrinti erdvėlaivio saugą, ypač svarbūs yra degimo, kai sunkio laipsnis nėra lygus gravitacijai, tyrimai. Jau kelerius metus specialiame skyriuje, esančiame ISS, buvo atlikti eksperimentai su liepsnos gesinimu (FLEX). Tyrėjai kontroliuojamoje atmosferoje uždega nedidelius kuro lašelius (tokius kaip heptanas ir metanolis). Maždaug 20 sekundžių dega nedidelis degalų rutulys, apsuptas 2,5–4 mm skersmens ugnies sferos, po kurio kritimas mažėja, kol liepsna užges arba kuras pasibaigs. Labiausiai netikėtas rezultatas buvo tas, kad lašelis heptano po matomo degimo pateko į vadinamąją „šaltąją fazę“- liepsna pasidarė tokia silpna, kad jos neįmanoma pamatyti. Ir vis dėlto ji degė: sąveikaudama su deguonimi ar degalais ugnis galėjo akimirksniu užgerti.
Kaip aiškina tyrėjai, normalaus degimo metu liepsnos temperatūra svyruoja nuo 1227 ° C iki 1727 ° C - šioje eksperimento temperatūroje kilo matomas gaisras. Degant kurui, prasidėjo „šaltas degimas“: liepsna atvėso iki 227–527 ° C ir joje išsiskyrė ne suodžiai, anglies dioksidas ir vanduo, bet labiau toksiškos medžiagos - formaldehidas ir anglies monoksidas. FLEX eksperimentas taip pat pasirinko mažiausiai degią atmosferą, pagrįstą anglies dioksidu ir heliu, o tai padės sumažinti kosminių laivų gaisrų riziką ateityje.