Moto katika nafasi. Moto katika mvuto wa sifuri huwaka tofauti kabisa kuliko duniani - wanasayansi wamekutana na jambo la ajabu

Marina Pozdnyakova

Wengi wa wale waliotazama filamu ya ibada ya Amerika " Star Wars", bado wanakumbuka picha za kuvutia za milipuko, ndimi za moto, uchafu unaowaka ukiruka pande zote... Je! nafasi halisi? Katika nafasi isiyo na hewa kabisa? Ili kujibu swali hili, hebu kwanza tujaribu kujua jinsi mshumaa wa kawaida utawaka kituo cha anga.

Mwako ni nini? Hii ni mmenyuko wa oxidation ya kemikali ikitoa kiasi kikubwa joto na uundaji wa bidhaa za mwako wa moto. Mchakato wa mwako unaweza kutokea tu mbele ya dutu inayowaka, oksijeni, na mradi bidhaa za oxidation zimeondolewa kwenye eneo la mwako.

Hebu tuone jinsi mshumaa unavyofanya kazi na nini hasa huwaka ndani yake. Mshumaa ni utambi uliosokotwa kutoka kwa nyuzi za pamba, umejaa nta, mafuta ya taa au stearin. Watu wengi wanafikiri kuwa wick yenyewe huwaka, lakini hii sivyo. Ni dutu karibu na utambi, au tuseme mvuke wake, unaowaka. Wick inahitajika ili wax (parafini, stearin) iliyoyeyuka kutoka kwa joto la moto hupanda kupitia capillaries zake kwenye eneo la mwako.

Ili kuangalia hii, unaweza kukimbia majaribio madogo. Piga mshumaa na mara moja ulete mechi inayowaka kwa hatua ya sentimita mbili au tatu juu ya utambi, ambapo mvuke wa wax hupanda. Watawaka kutoka kwenye mechi, baada ya hapo moto utaanguka kwenye wick na mshumaa utawaka tena (kwa maelezo zaidi, angalia).

Kwa hiyo, kuna dutu inayowaka. Pia kuna oksijeni ya kutosha hewani. Je, kuhusu kuondolewa kwa bidhaa za mwako? Hakuna shida na hii duniani. Hewa, inapokanzwa na joto la moto wa mshumaa, inakuwa chini ya mnene kuliko hewa baridi inayoizunguka na huinuka juu pamoja na bidhaa za mwako (huunda lugha ya moto). Ikiwa bidhaa za mwako, na hii kaboni dioksidi CO 2 na mvuke wa maji utabaki katika eneo la majibu, na mwako utaacha haraka. Ni rahisi kuthibitisha hili: weka mshumaa unaowaka kwenye kioo kirefu - utazimika.

Sasa hebu fikiria juu ya nini kitatokea kwa mshumaa kwenye kituo cha nafasi, ambapo vitu vyote viko katika hali ya uzito. Tofauti katika wiani wa hewa ya moto na baridi haitasababisha tena convection ya asili, na baada ya muda mfupi hakutakuwa na oksijeni iliyoachwa katika eneo la mwako. Lakini ziada ya monoxide ya kaboni (monoxide ya kaboni) CO huundwa. Hata hivyo, kwa dakika chache zaidi mshumaa utawaka, na moto utachukua sura ya mpira unaozunguka wick.

Inafurahisha pia kujua ni rangi gani moto wa mshumaa utakuwa kwenye kituo cha nafasi. Juu ya ardhi, inaongozwa na tint ya njano, inayosababishwa na mwanga wa chembe za moto za soti. Kwa kawaida, moto huwaka kwa joto la 1227-1721 o C. Kwa kutokuwa na uzito, ilionekana kuwa kama dutu inayowaka imechoka, mwako wa "baridi" huanza kwa joto la 227-527 o C. Chini ya hali hizi, mchanganyiko hidrokaboni zilizojaa nta hutoa hidrojeni H2, ambayo hufanya mwali kuwa na rangi ya samawati.

Je, kuna mtu yeyote amewasha mishumaa halisi angani? Inageuka kuwa waliiwasha - kwenye obiti. Hii ilifanyika kwanza mwaka wa 1992 katika moduli ya majaribio ya Space Shuttle, kisha katika nafasi Chombo cha anga za juu cha NASA"Columbia", mnamo 1996 jaribio lilirudiwa kwenye kituo cha Mir. Bila shaka, kazi hii haikufanywa kwa udadisi rahisi, lakini ili kuelewa ni matokeo gani moto kwenye bodi ya kituo unaweza kusababisha na jinsi ya kukabiliana nayo.

Kuanzia Oktoba 2008 hadi Mei 2012, majaribio sawa yalifanywa chini ya mradi wa NASA kwenye Kituo cha Kimataifa cha Nafasi. Wakati huu wanaanga walichunguza vitu vinavyoweza kuwaka katika chumba cha pekee kwa shinikizo tofauti na maudhui tofauti oksijeni. Kisha mwako "baridi" ulianzishwa saa joto la chini.

Hebu tukumbuke kwamba bidhaa za mwako duniani ni, kama sheria, dioksidi kaboni na mvuke wa maji. Kwa uzito, chini ya hali ya mwako kwa joto la chini, vitu vyenye sumu hutolewa, hasa monoksidi kaboni na formaldehyde.

Watafiti wanaendelea kusoma mwako katika mvuto wa sifuri. Labda matokeo ya majaribio haya yatakuwa msingi wa maendeleo ya teknolojia mpya, kwa sababu karibu kila kitu kinachofanyika kwa nafasi, baada ya muda fulani, hupata maombi duniani.

Sasa tunaelewa kwamba mkurugenzi George Lucas, ambaye aliongoza Star Wars, bado alifanya makosa makubwa katika kuonyesha mlipuko wa apocalyptic wa kituo cha anga. Kwa kweli, kituo cha kulipuka kitaonekana kama mwanga mfupi, mkali. Baada yake, mpira mkubwa wa hudhurungi utabaki, ambao utatoka haraka sana. Na ikiwa ghafla kitu kinawaka kwenye kituo, unahitaji kuzima moja kwa moja mzunguko wa hewa wa bandia. Na kisha moto hautatokea.

Nta- opaque, greasy kwa kugusa, molekuli imara, ambayo huyeyuka inapokanzwa. Inajumuisha esta asidi ya mafuta asili ya mimea na wanyama.

Mafuta ya taa- mchanganyiko wa waxy wa hidrokaboni iliyojaa.

Stearin- mchanganyiko wa waxy wa asidi ya stearic na palmitic na mchanganyiko wa asidi nyingine iliyojaa na isiyojaa mafuta.

Convection ya asili- mchakato wa uhamisho wa joto unaosababishwa na mzunguko raia wa hewa wanapokuwa na joto lisilo sawa katika uwanja wa mvuto. Wakati tabaka za chini zinapokanzwa, huwa nyepesi na kuongezeka, na tabaka za juu, kinyume chake, baridi, huwa nzito na kuzama chini, baada ya hapo mchakato unarudiwa tena na tena.

NASA inacheza na moto kwenye Kituo cha Anga cha Kimataifa, kihalisi.

Jaribio la Flex limefanywa tangu Machi 2009. Lengo lake ni kuelewa vizuri jinsi moto unavyofanya katika microgravity. Matokeo ya utafiti huo yanaweza kusababisha wanasayansi kuunda mifumo bora ya kuzima moto kwenye vyombo vya anga vya baadaye.

Moto katika nafasi huwaka tofauti na Duniani. Wakati moto unawaka duniani, hupasha gesi na "kutupa nje" bidhaa za mwako. Katika microgravity, gesi za moto hazionekani. Kwa hivyo katika nafasi ni mchakato tofauti kabisa.

"Katika nafasi, moto huchota oksijeni mara 100 polepole kuliko Duniani," watafiti wanasema.

Moto wa cosmic pia unaweza kuwaka kwa joto la chini na kwa oksijeni kidogo.

Ili kujifunza tabia ya moto katika nafasi, wanasayansi wa Project Flex huwasha tone la heptane au methanoli kwenye kifaa maalum. Droplet inawaka, imemezwa na mwali wa duara, na kamera hurekodi mchakato mzima.

Wakati wa mchakato wa mwako, watafiti waliona baadhi ya matukio yasiyotarajiwa.

"Kwa sasa zaidi jambo la kushangaza Tulichoona ni kuendelea kwa mwako wa matone ya heptane baada ya moto kutoweka. Bado hatujaelewa kwa nini hii inafanyika."

"Leo, bado kuna mengi ambayo hayajaeleweka kuhusu mchakato wa mwako katika nafasi. Tutayafanyia kazi."

Hivi ndivyo mtu mdadisi anavyofanya kazi: hakuna kitu bora na cha kufurahisha zaidi kuliko jaribio la kuvutia, lisilo la kawaida. Na ikiwa jaribio linaitwa "moto katika nafasi," mamilioni ya watu watapendezwa nayo. Wale wanaofuata habari za kisayansi wanakumbuka picha na video za kushangaza za Juni 11, 2017, jinsi zilivyoungua kwa nguvu ya sifuri. Meli ya mizigo Cygnus OA-7 "John Glenn". Ilikuwa ni uchomaji wa makusudi na kila kitu kilichotokea kilirekodiwa kwenye kamera. Kwa madhumuni gani? Hii inafaa kuzungumza juu kwa undani zaidi.

Kiini cha kucheza na moto ni kutokuwa na uzito

Hakuna haja ya kueleza kwa nini moto katika nafasi ni hatari zaidi kuliko duniani. Sheria za mvuto hufanya kazi Duniani; katika tukio la moto, kuna mahali pa kutoroka na kitu cha kuzima moto. Nini ikiwa kuna moto ndani nafasi ya wazi? Je, hii inawezekana hata? Je, mwali huo utatoa moshi? Na itaenea kwa kasi gani?

Watafiti wa NASA waliamua kujua maswali haya. Kwa waumbaji vyombo vya anga Ni muhimu sana kujua kama moto unawaka kwenye Anga, jinsi moshi utakavyokuwa katika nguvu ya sifuri. Picha na video za majaribio matatu zinapatikana katika kikoa cha umma.

Majaribio juu ya mada "jinsi moto unavyowaka angani" (rasmi SAFFIRE) yamefanywa tangu 2016. Wazo lilikuwa ni kuwasha moto kipande cha kitambaa kilichotengenezwa kwa mchanganyiko wa pamba na fiberglass katika sanduku la chuma lenye ukubwa wa mita 1 kwa mita 1.5. Katika kesi hiyo, uchomaji moto ulifanywa katika mtiririko wa hewa wa mashabiki. Hii ilifanywa ili kuelewa jinsi moto katika utupu ungefanya hali tofauti. Kilichotokea wakati wa jaribio kilirekodiwa kwenye picha na video.

Upande wa kulia ni moto Duniani, upande wa kushoto ni moto katika mvuto sifuri

Wakati wa jaribio la pili, sampuli tisa zilichomwa kwenye sanduku moja chini ya hali isiyo na uzito. vifaa mbalimbali, kutumika katika ujenzi wa meli za anga. Kusudi: kuamua upinzani wa moto wa sampuli, ushawishi wa unene wa nyenzo kwa kasi ya uenezi wa moto kwenye nafasi.

Katika jaribio la tatu na la mwisho, kitambaa kilicho na nyuzi za plexiglass zilizotumiwa kutengeneza nguo za kazi zilichomwa tena, lakini kwa kiwango cha mtiririko wa hewa kilichobadilika. Data iliyopatikana baada ya jaribio la kwanza kama hilo iliingizwa kwenye kompyuta, ambayo iliichakata na kutoa matokeo yanayotabiri uwezekano na kiwango cha kuwaka kwa nyenzo. Sasa ilikuwa ni lazima kuwaangalia ili kuhakikisha kwamba moduli ya kompyuta inafanya kazi kwa usahihi.

Matokeo yalionyesha nini

Je, iligeuka kuwa nini? Moduli ya kompyuta haikuwa sahihi, lakini kwa upande mwingine: kuwasha na kuenea kwa moto kulitokea polepole zaidi kuliko ilivyotarajiwa. Vibao saizi kubwa kuchomwa polepole zaidi kuliko sampuli ndogo na kutoa moshi mdogo. Hii ina maana kwamba moto utagunduliwa baadaye na vigumu zaidi kuondokana.

Kwa ujumla, imeanzishwa kuwa moto huwaka tofauti katika hali ya kutokuwa na uzito kuliko duniani. Tofauti hizo ni kama zifuatazo:

moto katika nafasi huchota oksijeni kutoka angani mara 100 polepole kuliko Duniani;
moto huwaka hata kwa viwango vya chini vya oksijeni;
moto unawezekana kwa joto la chini;
chini ya hali ya kutokuwa na uzito, moto hautoi bidhaa za mwako, kwani gesi za oksijeni hazina joto;
Ikiwa unawasha tone la methanoli, mwako unaendelea hata baada ya moto kutoweka.

Kitendawili cha mwisho kiliwagusa watafiti zaidi ya yote, wakati huu wanasayansi hawawezi kueleza sababu zake.

Jibu la swali la ikiwa kuna moto kwenye nafasi ilipokelewa muda mrefu uliopita. Na sasa, kutokana na "moto" hatari wa NASA katika mvuto wa sifuri, tunajua pia jinsi inavyofanya katika hali tofauti. Majaribio ya uchomaji moto hayajaisha na matokeo mapya yatatangazwa hivi karibuni.

Jaribio la FLEX, lililofanywa kwenye Kituo cha Kimataifa cha Anga za Juu, lilitoa matokeo yasiyotarajiwa - mwali wa moto ulifanya tofauti kabisa na wanasayansi walivyotarajia.

Kama wanasayansi wengine wanapenda kusema, moto ndio wa zamani zaidi na wenye mafanikio zaidi majaribio ya kemikali ubinadamu. Hakika, moto umekuwa na ubinadamu kila wakati: kutoka kwa moto wa kwanza ambao nyama ilikaanga, hadi moto wa injini ya roketi ambayo ilileta mwanadamu kwa mwezi. Kwa ujumla, moto ni ishara na chombo cha maendeleo ya ustaarabu wetu.

Tofauti ya moto Duniani (kushoto) na katika mvuto wa sifuri (kulia) ni dhahiri. Njia moja au nyingine, ubinadamu utalazimika tena kutawala moto - wakati huu katika nafasi.

Dk. Forman A. Williams, profesa wa fizikia katika Chuo Kikuu cha California, San Diego, amefanya kazi kwa muda mrefu katika uchunguzi wa moto. Kawaida ni moto mchakato mgumu sana maelfu ya kuunganishwa athari za kemikali. Kwa mfano, katika mwali wa mshumaa, molekuli za hidrokaboni huvukiza kutoka kwa utambi, huvunjwa na joto, na kuunganishwa na oksijeni kutoa mwanga, joto, CO2 na maji. Baadhi ya vipande vya hidrokaboni, katika umbo la molekuli zenye umbo la pete zinazoitwa hidrokaboni zenye kunukia za polycyclic, huunda masizi, ambayo yanaweza pia kuchoma au kugeuka kuwa moshi. Umbo la machozi la kawaida la mwali wa mshumaa hutolewa na mvuto na upitishaji: hewa ya moto huinuka na kusogea mbichi kwenye moto hewa baridi, kwa sababu ambayo moto huenea juu.

Lakini inageuka kuwa katika mvuto wa sifuri kila kitu kinatokea tofauti. Katika jaribio lililoitwa FLEX, wanasayansi walichunguza moto kwenye bodi ya ISS ili kukuza teknolojia za kuzima moto kwa nguvu ya sifuri. Watafiti waliwasha Bubbles ndogo za heptane ndani ya chumba maalum na kutazama jinsi moto ulivyokuwa.

Wanasayansi wamekutana jambo la ajabu. Katika hali ya microgravity, moto huwaka tofauti; huunda mipira ndogo. Jambo hili lilitarajiwa kwa sababu, tofauti na miali ya moto Duniani, katika kutokuwa na uzito oksijeni na mafuta hutokea kwenye safu nyembamba juu ya uso wa tufe. mzunguko rahisi, ambayo ni tofauti na moto wa duniani. Hata hivyo, jambo la ajabu liligunduliwa: wanasayansi waliona kuendelea kuchomwa moto kwa moto hata baada ya, kulingana na mahesabu yote, kuchoma kunapaswa kuacha. Wakati huo huo, moto uliingia kwenye kinachojulikana awamu ya baridi- iliwaka kwa nguvu sana, kiasi kwamba moto haukuweza kuonekana. Hata hivyo, ulikuwa ni mwako, na mwali huo ungeweza kuwaka moto mara moja kwa nguvu kubwa unapogusana na mafuta na oksijeni.

Kwa kawaida moto unaoonekana huwaka wakati joto la juu kati ya nyuzi joto 1227 na 1727 Selsiasi. Viputo vya Heptane kwenye ISS pia viliwaka sana kwa joto hili, lakini mafuta yalipoisha na kupoa, mwako tofauti kabisa ulianza - baridi. Hufanyika kwa joto la chini kiasi la nyuzi joto 227-527 na haitoi masizi, CO2 na maji, lakini monoksidi kaboni na formaldehyde yenye sumu zaidi.

Aina kama hizo za miali ya moto baridi zimetolewa tena katika maabara Duniani, lakini chini ya hali ya mvuto moto kama huo hauna msimamo na hufa haraka. Kwenye ISS, hata hivyo, moto baridi unaweza kuwaka kwa kasi kwa dakika kadhaa. Sio sana ugunduzi wa kupendeza, kwa kuwa moto wa baridi hutoa kuongezeka kwa hatari: huwaka kwa urahisi zaidi, ikiwa ni pamoja na kuwaka, ni vigumu zaidi kugundua na, zaidi ya hayo, hutoa zaidi. vitu vya sumu. Kwa upande mwingine, ufunguzi unaweza kupata matumizi ya vitendo, kwa mfano, katika teknolojia ya HCCI, ambayo inahusisha kuwasha mafuta katika injini za petroli sio kutoka kwa plugs za cheche, lakini kutoka kwa moto wa baridi.

Jaribio la FLEX, lililofanywa kwenye Kituo cha Kimataifa cha Anga za Juu, lilitoa matokeo yasiyotarajiwa - mwali wa moto ulifanya tofauti kabisa na wanasayansi walivyotarajia.

Kama wanasayansi wengine wanapenda kusema, moto ndio jaribio la zamani zaidi la kemikali la wanadamu. Hakika, moto umekuwa na ubinadamu kila wakati: kutoka kwa moto wa kwanza ambao nyama ilikaanga, hadi moto wa injini ya roketi ambayo ilileta mwanadamu kwa mwezi. Kwa ujumla, moto ni ishara na chombo cha maendeleo ya ustaarabu wetu.

Tofauti ya moto Duniani (kushoto) na katika mvuto wa sifuri (kulia) ni dhahiri. Njia moja au nyingine, ubinadamu utalazimika tena kutawala moto - wakati huu katika nafasi.

Dk. Forman A. Williams, profesa wa fizikia katika Chuo Kikuu cha California, San Diego, amefanya kazi kwa muda mrefu katika uchunguzi wa moto. Kwa kawaida, moto ni mchakato mgumu wa maelfu ya athari za kemikali zilizounganishwa. Kwa mfano, katika mwali wa mshumaa, molekuli za hidrokaboni huvukiza kutoka kwa utambi, huvunjwa na joto, na kuunganishwa na oksijeni kutoa mwanga, joto, CO2 na maji. Baadhi ya vipande vya hidrokaboni, katika umbo la molekuli zenye umbo la pete zinazoitwa hidrokaboni zenye kunukia za polycyclic, huunda masizi, ambayo yanaweza pia kuchoma au kugeuka kuwa moshi. Umbo la machozi linalojulikana la mwali wa mshumaa hutolewa na mvuto na msukumo: hewa moto huinuka na kuvuta hewa safi ya baridi ndani ya mwali, na kusababisha mwali kunyoosha juu.

Wanasayansi wamekutana na jambo la ajabu. Katika hali ya microgravity, moto huwaka tofauti; huunda mipira ndogo. Jambo hili lilitarajiwa kwa sababu, tofauti na moto duniani, katika kutokuwa na uzito oksijeni na mafuta hutokea katika safu nyembamba juu ya uso wa tufe.Hii ni muundo rahisi ambao hutofautiana na moto duniani. Hata hivyo, jambo la ajabu liligunduliwa: wanasayansi waliona kuendelea kuchomwa moto kwa moto hata baada ya, kulingana na mahesabu yote, kuchoma kunapaswa kuacha. Wakati huo huo, moto uliingia kwenye kinachojulikana kama awamu ya baridi - iliwaka dhaifu sana, kiasi kwamba moto haukuweza kuonekana. Hata hivyo, ulikuwa ni mwako, na mwali huo ungeweza kuwaka moto mara moja kwa nguvu kubwa unapogusana na mafuta na oksijeni.

Moto unaoonekana kwa kawaida huwaka kwa joto la juu kati ya 1227 na 1727 digrii Celsius. Viputo vya Heptane kwenye ISS pia viliwaka sana kwa joto hili, lakini mafuta yalipoisha na kupoa, mwako tofauti kabisa ulianza - baridi. Hufanyika kwa joto la chini kiasi la nyuzi joto 227-527 na haitoi masizi, CO2 na maji, lakini monoksidi kaboni na formaldehyde yenye sumu zaidi.

Aina kama hizo za miali ya moto baridi zimetolewa tena katika maabara Duniani, lakini chini ya hali ya mvuto moto kama huo hauna msimamo na hufa haraka. Kwenye ISS, hata hivyo, moto baridi unaweza kuwaka kwa kasi kwa dakika kadhaa. Huu sio ugunduzi wa kupendeza sana, kwani moto wa baridi husababisha hatari iliyoongezeka: huwaka kwa urahisi zaidi, pamoja na kwa hiari, ni ngumu zaidi kugundua na, zaidi ya hayo, hutoa vitu vyenye sumu zaidi. Kwa upande mwingine, ugunduzi unaweza kupata matumizi ya vitendo, kwa mfano, katika teknolojia ya HCCI, ambayo inahusisha kuwasha mafuta katika injini za petroli si kutoka kwa mishumaa, lakini kutoka kwa moto wa baridi.