Marina Pozdnjakova
Paljud neist, kes vaatasid kultuslikku Ameerika filmi " Tähtede sõda", mäletavad nad siiani muljetavaldavaid kaadreid plahvatuste, leegikeelte, igas suunas lendava põleva prahiga... Kas nii kohutav stseen võib korduda tõeline ruum? Täiesti õhuvabas ruumis? Sellele küsimusele vastamiseks proovime kõigepealt välja mõelda, kuidas tavaline küünal põleb kosmosejaam.
Mis on põlemine? See on keemiline oksüdatsioonireaktsioon, mis vabastab suur kogus kuumus ja kuumade põlemisproduktide teke. Põlemisprotsess saab toimuda ainult põleva aine, hapniku juuresolekul ja tingimusel, et oksüdatsiooniproduktid eemaldatakse põlemistsoonist.
Vaatame, kuidas küünal töötab ja mis selles täpselt põleb. Küünal on puuvillasest niidist keerutatud taht, mis on täidetud vaha, parafiini või steariiniga. Paljud inimesed arvavad, et taht ise põleb, kuid see pole nii. See on taht ümber olev aine või õigemini selle aur, mis põleb. Taht on vaja selleks, et leegi kuumusest sulanud vaha (parafiin, steariin) tõuseks läbi selle kapillaaride põlemistsooni.
Selle kontrollimiseks võite joosta väike eksperiment. Puhuge küünal ja viige põlev tikk kohe kaks-kolm sentimeetrit tahtist kõrgemale punkti, kus vahaaur tõuseb. Need süttivad tikust, misjärel langeb tuli tahtile ja küünal süttib uuesti (vt täpsemalt).
Seega on tuleohtlik aine. Õhus on ka üsna piisavalt hapnikku. Kuidas on lood põlemisproduktide eemaldamisega? Maa peal sellega probleeme pole. Küünla leegi kuumusest kuumutatud õhk muutub vähem tihedaks kui seda ümbritsev külm õhk ja tõuseb koos põlemisproduktidega ülespoole (need moodustavad leegikeele). Kui põlemisproduktid ja see süsinikdioksiid CO 2 ja veeaur jäävad reaktsioonitsooni ning põlemine lakkab kiiresti. Seda on lihtne kontrollida: asetage põlev küünal kõrgesse klaasi - see kustub.
Mõelgem nüüd sellele, mis juhtub küünlaga kosmosejaamas, kus kõik objektid on kaaluta olekus. Kuuma ja külma õhu tiheduse erinevus ei põhjusta enam loomulikku konvektsiooni ning lühikese aja möödudes ei jää põlemistsooni enam hapnikku. Kuid moodustub süsinikmonooksiidi (süsinikmonooksiidi) CO liig. Kuid veel mõni minut põleb küünal ja leek võtab tahti ümbritseva palli kuju.
Sama huvitav on teada, mis värvi saab kosmosejaama küünlaleek. Maapinnal domineerib sellel kollane toon, mis on põhjustatud kuumade tahmaosakeste kumast. Tavaliselt põleb tuli temperatuuril 1227-1721 o C. Kaalutaolekus märgati, et kui põlev aine ammendub, algab “külm” põlemine temperatuuril 227-527 o C. Nendel tingimustel seguneb segu. küllastunud süsivesinikud vahast eraldub vesinik H2, mis annab leegile sinaka varjundi.
Kas keegi on kosmoses päris küünlaid süüdanud? Selgub, et nad süütasid selle - orbiidil. Seda tehti esmakordselt 1992. aastal kosmosesüstiku eksperimentaalmoodulis, seejärel kosmoses. NASA kosmoselaev"Columbia", 1996. aastal korrati eksperimenti Mir jaamas. Loomulikult ei tehtud seda tööd lihtsast uudishimust, vaid selleks, et mõista, milliseid tagajärgi võib jaama pardal tulekahju põhjustada ja kuidas sellega toime tulla.
2008. aasta oktoobrist 2012. aasta maini viidi sarnaseid katseid NASA projekti raames läbi rahvusvahelises kosmosejaamas. Seekord uurisid astronaudid tuleohtlikke aineid isoleeritud kambris erinevatel rõhkudel ja erinevat sisu hapnikku. Seejärel kehtestati "külm" põlemine kell madalad temperatuurid.
Tuletagem meelde, et põlemisproduktid Maal on reeglina süsihappegaas ja veeaur. Kaaluta olekus, põlemistingimustes madalatel temperatuuridel, eralduvad peamiselt väga mürgised ained vingugaas ja formaldehüüd.
Teadlased jätkavad põlemise uurimist nullgravitatsioonis. Võib-olla on nende katsete tulemused aluseks uute tehnoloogiate väljatöötamisele, sest peaaegu kõik, mis kosmose jaoks tehakse, leiab mõne aja pärast rakendust ka maa peal.
Nüüd saame aru, et Tähesõdasid juhtinud režissöör George Lucas tegi kosmosejaama apokalüptilise plahvatuse kujutamisel siiski suure vea. Tegelikult ilmub plahvatav jaam lühikese ereda välguna. Pärast seda jääb tohutu sinakas pall, mis kustub väga kiiresti. Ja kui jaamas äkki midagi tõesti süttib, peate kunstliku õhuringluse kohe automaatselt välja lülitama. Ja siis tulekahju ei juhtu.
Vaha- läbipaistmatu, katsudes rasvane, tahke mass, mis kuumutamisel sulab. Sisaldab estrid rasvhapped taimset ja loomset päritolu.
Parafiin- küllastunud süsivesinike vahajas segu.
Steariin- steariin- ja palmitiinhapete vahajas segu muude küllastunud ja küllastumata rasvhapete seguga.
Loomulik konvektsioon- tsirkulatsioonist tingitud soojusülekande protsess õhumassid kui neid kuumutatakse gravitatsiooniväljas ebaühtlaselt. Kui alumised kihid kuumenevad, muutuvad need kergemaks ja tõusevad ning ülemised kihid, vastupidi, jahtuvad, muutuvad raskemaks ja vajuvad alla, misjärel protsessi korratakse ikka ja jälle.
NASA mängib rahvusvahelises kosmosejaamas sõna otseses mõttes tulega.
Flexi eksperimenti on tehtud alates 2009. aasta märtsist. Selle eesmärk on paremini mõista, kuidas tuli käitub mikrogravitatsioonis. Uuringu tulemused võivad viia teadlasteni tulevaste kosmoselaevade pardal täiustatud tulekustutussüsteemide loomiseni.
Tuli kosmoses põleb teisiti kui Maal. Kui tuli Maal põleb, soojendab see gaase ja "viskab" põlemissaadused välja. Mikrogravitatsioonis kuumad gaasid ei ilmu. Nii et kosmoses on see täiesti erinev protsess.
"Kosmoses tõmbavad leegid hapnikku 100 korda aeglasemalt kui Maal," ütlevad teadlased.
Kosmiline tuli võib põleda ka madalamal temperatuuril ja väiksema hapnikusisaldusega.
Tulekahju kosmoses käitumise uurimiseks süütavad Project Flexi teadlased spetsiaalsel seadmel tilga heptaani või metanooli. Tilk süttib, neelab sfäärilise leegi ja kaamerad salvestavad kogu protsessi.
Põlemisprotsessi käigus täheldasid teadlased mõningaid ootamatuid nähtusi.
"Praegu kõige rohkem hämmastav asi Mida me täheldasime, oli heptaani tilkade põlemise jätkumine pärast leegi kadumist. Me pole veel aru saanud, miks see juhtub."
"Täna on kosmoses toimuva põlemisprotsessi kohta veel palju arusaamatut. Töötame selle kallal."
Nii töötab uudishimulik inimene: pole midagi paremat ja meelelahutuslikumat kui huvitav, ebatavaline eksperiment. Ja kui katset nimetatakse "tulekahjuks kosmoses", on miljonid sellest huvitatud. Need, kes jälgivad teadusuudiseid, mäletavad vapustavaid fotosid ja videoid 11. juunist 2017, kuidas see nullgravitatsioonis põles kaubalaev Cygnus OA-7 "John Glenn". Tegemist oli tahtliku süütamisega ja kõik toimunu salvestati kaamerasse. Mis eesmärgil? Sellest tasub lähemalt rääkida.
Tulega mängimise olemus on kaaluta olek
Pole vaja selgitada, miks tuli Kosmoses on ohtlikum kui Maal. Maal toimivad gravitatsiooniseadused, tulekahju korral on kuhugi põgeneda ja on kust tuld kustutada. Mis siis, kui sees on tulekahju avatud ala? Kas see on üldse võimalik? Kas leek tekitab suitsu? Ja kui kiiresti see levib?
NASA teadlased otsustasid need küsimused välja selgitada. Loojatele kosmoselaevadÄärmiselt oluline on teada, kas Kosmoses põleb tuli, kuidas suits nullgravitatsiooni korral käitub. Kolme katse fotod ja videod on avalikult saadaval.
Katseid teemal “kuidas tuli kosmoses põleb” (ametlikult SAFFIRE) on tehtud alates 2016. aastast. Idee oli süüdata teraskarbis, mille mõõtmed on 1 meeter korda 1,5 meetrit, puuvilla ja klaaskiu segust valmistatud kangatükk. Antud juhul pandi süütamine toime ventilaatorite õhuvoolus. Seda tehti selleks, et mõista, kuidas tulekahju vaakumis käitub erinevad tingimused. Eksperimendi käigus juhtunu filmiti fotole ja videole.
Paremal on tuli Maa peal, vasakul on nullgravitatsiooniga tuli
Teise katse ajal põletati kaaluta tingimustes samas kastis üheksa proovi. erinevad materjalid, mida kasutatakse kosmoselaevade ehitamisel. Eesmärk: määrata proovide tulepüsivus, materjali paksuse mõju tule leviku kiirusele ruumis.
Kolmandas ja viimases katses põletati uuesti töörõivaste valmistamiseks kasutatud pleksiklaasist niitidega kangast, kuid muudetud õhuvoolukiirusel. Pärast esimest sarnast katset saadud andmed sisestati arvutisse, mis neid töötles ja andis materjali süttimise tõenäosust ja kiirust ennustavad tulemused. Nüüd oli vaja need üle kontrollida, et arvuti moodul töötab korralikult.
Mida tulemused näitasid
Milleks see osutus? Arvutimoodul oli vale, kuid teises suunas: tulekahju süttimine ja levik toimus oodatust aeglasemalt. Klapid suured suurused põlesid aeglasemalt kui väikesed proovid ja tekitasid vähem suitsu. See tähendab, et tulekahju avastatakse hiljem ja seda on raskem likvideerida.
Üldiselt on kindlaks tehtud, et tuli põleb kaaluta oleku tingimustes teisiti kui Maal. Erinevused on järgmised:
- tuli kosmoses tõmbab õhust hapnikku 100 korda aeglasemalt kui Maal;
- leek süttib isegi madala hapnikusisalduse korral;
- tulekahju on võimalik madalatel temperatuuridel;
- kaaluta oleku tingimustes ei eralda tuli põlemisprodukte, kuna hapnikugaasid ei kuumene;
- Kui süütate tilga metanooli, jätkub põlemine ka pärast tulekahju kadumist.
Viimane paradoks rabas teadlasi kõige enam, Sel hetkel Teadlased ei suuda selle põhjuseid selgitada.
Vastus küsimusele, kas kosmoses on tuld, saadi juba ammu. Ja nüüd, tänu NASA ohtlikele nullgravitatsiooni „süütele”, teame ka täpselt, kuidas see erinevates tingimustes käitub. Katsed süütamisega pole veel lõppenud ja peagi tehakse teatavaks uued tulemused.
Rahvusvahelise kosmosejaama pardal läbi viidud eksperiment FLEX andis ootamatuid tulemusi – lahtine leek käitus täiesti teisiti, kui teadlased eeldasid.
Nagu mõned teadlased armastavad öelda, on tuli vanim ja edukaim keemiline eksperiment inimkond. Tõepoolest, tuli on inimkonnaga alati olnud: alates esimestest tulekahjudest, millel liha praaditi, kuni rakettmootori leegini, mis tõi inimese Kuule. Laias laastus on tuli meie tsivilisatsiooni sümbol ja progressi vahend.
Leegi erinevus Maal (vasakul) ja nullgravitatsioonis (paremal) on ilmne. Ühel või teisel viisil peab inimkond taas tuld valdama – seekord kosmoses.
San Diego California ülikooli füüsikaprofessor dr Forman A. Williams on leegi uurimisega pikka aega tegelenud. Tavaliselt on tulekahju väga keeruline protsess tuhandeid omavahel seotud keemilised reaktsioonid. Näiteks küünlaleegis süsivesinike molekulid aurustuvad tahtist, lagunevad kuumuse toimel ja ühinevad hapnikuga valguse, soojuse, CO2 ja vee saamiseks. Mõned süsivesinike fragmendid rõngakujuliste molekulide kujul, mida nimetatakse polütsüklilisteks aromaatseteks süsivesinikeks, moodustavad tahma, mis võib samuti põleda või muutuda suitsuks. Küünlaleegi tuttava pisarakuju annavad gravitatsioon ja konvektsioon: kuum õhk tõuseb üles ja tõmbab värskelt leeki külm õhk, mille tõttu leek venib ülespoole.
Kuid selgub, et nullgravitatsioonis juhtub kõik teisiti. Eksperimendis nimega FLEX uurisid teadlased ISS-i pardal tuld, et töötada välja tehnoloogiad tulekahjude kustutamiseks nullgravitatsiooniga. Teadlased süütasid spetsiaalses kambris väikesed heptaanimullid ja jälgisid, kuidas leek käitub.
Teadlased on kokku puutunud kummaline nähtus. Mikrogravitatsiooni tingimustes põleb leek erinevalt, moodustades väikesed pallid. See nähtus oli ootuspärane, sest erinevalt Maa leekidest tekivad kaaluta olekus hapnik ja kütus õhukese kihina kera pinnal. lihtne vooluring, mis erineb maisest tulest. Siiski avastati kummaline asi: teadlased jälgisid tulekerade põlemise jätkumist ka pärast seda, kui kõigi arvutuste kohaselt oleks põlemine pidanud lõppema. Samal ajal läks tuli nn külm faas– põles väga nõrgalt, nii palju, et leeki polnud näha. Tegemist oli aga põlemisega ja leek võis kokkupuutel kütuse ja hapnikuga koheselt suure jõuga leekideks lahvatada.
Tavaliselt põleb nähtav tuli, kui kõrge temperatuur 1227–1727 kraadi Celsiuse järgi. Ka heptaanimullid ISS-il põlesid sellel temperatuuril eredalt, kuid kütuse lõppedes ja jahtudes algas hoopis teistsugune põlemine – külm. See toimub suhteliselt madalal temperatuuril 227-527 kraadi Celsiuse järgi ja ei tekita mitte tahma, CO2 ja vett, vaid mürgisemat süsinikmonooksiidi ja formaldehüüdi.
Sarnaseid külma leegi tüüpe on Maa laborites paljundatud, kuid gravitatsioonitingimustes on selline tuli ise ebastabiilne ja kustub alati kiiresti. ISS-is võib aga külm leek pidevalt mitu minutit põleda. See ei ole väga meeldiv avastus, kuna külm tuli annab suurenenud oht: see süttib kergemini, sealhulgas spontaanselt, seda on raskem tuvastada ja lisaks eraldab see rohkem mürgised ained. Teisest küljest võib avamine leida praktiline kasutamine, näiteks HCCI tehnoloogias, mis hõlmab bensiinimootorites kütuse süütamist mitte süüteküünaldest, vaid külmast leegist.
Rahvusvahelise kosmosejaama pardal läbi viidud eksperiment FLEX andis ootamatuid tulemusi – lahtine leek käitus täiesti teisiti, kui teadlased eeldasid.
Nagu mõned teadlased armastavad öelda, on tuli inimkonna vanim ja edukaim keemiline eksperiment. Tõepoolest, tuli on inimkonnaga alati olnud: alates esimestest tulekahjudest, millel liha praaditi, kuni rakettmootori leegini, mis tõi inimese Kuule. Laias laastus on tuli meie tsivilisatsiooni sümbol ja progressi vahend.
Leegi erinevus Maal (vasakul) ja nullgravitatsioonis (paremal) on ilmne. Ühel või teisel viisil peab inimkond taas tuld valdama – seekord kosmoses.
San Diego California ülikooli füüsikaprofessor dr Forman A. Williams on leegi uurimisega pikka aega tegelenud. Tavaliselt on tulekahju keeruline protsess, mis koosneb tuhandetest omavahel seotud keemilistest reaktsioonidest. Näiteks küünlaleegis süsivesinike molekulid aurustuvad tahtist, lagunevad kuumuse toimel ja ühinevad hapnikuga valguse, soojuse, CO2 ja vee saamiseks. Mõned süsivesinike fragmendid rõngakujuliste molekulide kujul, mida nimetatakse polütsüklilisteks aromaatseteks süsivesinikeks, moodustavad tahma, mis võib samuti põleda või muutuda suitsuks. Küünlaleegile tuttava pisarakuju annavad gravitatsioon ja konvektsioon: kuum õhk tõuseb üles ja tõmbab leegi sisse värske külma õhu, pannes leegi ülespoole venima.
Kuid selgub, et nullgravitatsioonis juhtub kõik teisiti. Eksperimendis nimega FLEX uurisid teadlased ISS-i pardal tuld, et töötada välja tehnoloogiad tulekahjude kustutamiseks nullgravitatsiooniga. Teadlased süütasid spetsiaalses kambris väikesed heptaanimullid ja jälgisid, kuidas leek käitub.
Teadlased on kohanud kummalist nähtust. Mikrogravitatsiooni tingimustes põleb leek erinevalt, moodustades väikesed pallid. See nähtus oli ootuspärane, sest erinevalt Maa tulekahjust tekivad kaaluta olekus hapnik ja kütus õhukese kihina kera pinnal.See on lihtne muster, mis erineb Maa tulest. Siiski avastati kummaline asi: teadlased jälgisid tulekerade põlemise jätkumist ka pärast seda, kui kõigi arvutuste kohaselt oleks põlemine pidanud lõppema. Samal ajal läks tuli nn külma faasi - põles väga nõrgalt, nii et leeki polnud näha. Tegemist oli aga põlemisega ja leek võis kokkupuutel kütuse ja hapnikuga koheselt suure jõuga leekideks lahvatada.
Tavaliselt põleb nähtav tuli kõrgel temperatuuril vahemikus 1227–1727 kraadi Celsiuse järgi. Ka heptaanimullid ISS-il põlesid sellel temperatuuril eredalt, kuid kütuse lõppedes ja jahtudes algas hoopis teistsugune põlemine – külm. See toimub suhteliselt madalal temperatuuril 227-527 kraadi Celsiuse järgi ja ei tekita mitte tahma, CO2 ja vett, vaid mürgisemat süsinikmonooksiidi ja formaldehüüdi.
Sarnaseid külma leegi tüüpe on Maa laborites paljundatud, kuid gravitatsioonitingimustes on selline tuli ise ebastabiilne ja kustub alati kiiresti. ISS-is võib aga külm leek pidevalt mitu minutit põleda. See pole just meeldiv avastus, kuna külm tuli kujutab endast kõrgendatud ohtu: süttib kergemini, sh iseeneslikult, seda on raskem tuvastada ja pealegi eraldub rohkem mürgiseid aineid. Teisest küljest võib avastus leida praktilist rakendust näiteks HCCI tehnoloogias, mis hõlmab bensiinimootorites kütuse süütamist mitte küünaldest, vaid külmast leegist.