Marina Pozdnyakova
Kült Amerikan filmini izleyenlerin çoğu " Yıldız savaşları", patlamaların, alev dillerinin, yanan enkazların her yöne uçtuğu etkileyici görüntüleri hala hatırlıyorlar... Böyle korkunç bir sahne tekrarlanabilir miydi? gerçek uzay? Tamamen havasız bir alanda mı? Bu soruyu cevaplamak için öncelikle sıradan bir mumun nasıl yanacağını bulmaya çalışalım. uzay istasyonu.
Yanma nedir? Bu, serbest bırakan bir kimyasal oksidasyon reaksiyonudur. büyük miktarısı ve sıcak yanma ürünlerinin oluşumu. Yanma işlemi yalnızca yanıcı bir madde olan oksijenin varlığında ve oksidasyon ürünlerinin yanma bölgesinden uzaklaştırılması koşuluyla gerçekleşebilir.
Mumun nasıl çalıştığını ve içinde tam olarak neyin yandığını görelim. Mum, pamuk ipliklerden bükülmüş, içi balmumu, parafin veya stearin ile doldurulmuş bir fitildir. Pek çok insan fitilin kendisinin yandığını düşünüyor ama bu öyle değil. Yanan, fitilin etrafındaki madde, daha doğrusu onun buharıdır. Alevin ısısından eriyen balmumunun (parafin, stearin) kılcal damarlarından yanma bölgesine yükselmesi için fitile ihtiyaç vardır.
Bunu kontrol etmek için çalıştırabilirsiniz küçük deney. Mumu söndürün ve yanan kibriti hemen fitilin iki veya üç santimetre yukarısında, balmumu buharının yükseldiği bir noktaya getirin. Kibritten parlayacaklar, ardından ateş fitilin üzerine düşecek ve mum tekrar yanacak (daha fazla ayrıntı için bkz.).
Yani yanıcı bir madde var. Ayrıca havada yeterince oksijen var. Yanma ürünlerinin uzaklaştırılmasına ne dersiniz? Dünyada bununla ilgili hiçbir sorun yok. Mum alevinin ısısıyla ısıtılan hava, kendisini çevreleyen soğuk havadan daha az yoğun hale gelir ve yanma ürünleriyle birlikte yukarı doğru yükselir (bir alev dili oluştururlar). Yanma ürünleri varsa ve bu karbondioksit CO2 ve su buharı reaksiyon bölgesinde kalacak ve yanma hızla duracaktır. Bunu doğrulamak kolaydır: Yanan bir mumu uzun bir bardağa koyun - sönecektir.
Şimdi tüm nesnelerin ağırlıksız durumda olduğu bir uzay istasyonundaki mumun başına ne geleceğini düşünelim. Sıcak ve soğuk havanın yoğunluk farkı artık doğal konveksiyona neden olmayacak ve kısa bir süre sonra yanma bölgesinde oksijen kalmayacaktır. Ancak aşırı miktarda karbon monoksit (karbon monoksit) CO oluşur. Ancak birkaç dakika daha mum yanacak ve alev, fitili çevreleyen bir top şeklini alacaktır.
Uzay istasyonundaki mum alevinin ne renk olacağını bilmek de aynı derecede ilginç. Zeminde, sıcak kurum parçacıklarının parıltısından kaynaklanan sarı bir renk tonu hakimdir. Tipik olarak ateş 1227-1721 o C sıcaklıkta yanar. Ağırlıksızlıkta yanıcı madde tükendikçe 227-527 o C sıcaklıkta “soğuk” yanmanın başladığı fark edildi. Bu koşullar altında karışım doymuş hidrokarbonlar mum, aleve mavimsi bir renk veren hidrojen H2'yi serbest bırakır.
Uzayda gerçek mum yakan var mı? Onu yörüngede yaktıkları ortaya çıktı. Bu ilk olarak 1992'de Uzay Mekiği'nin deney modülünde, daha sonra da uzayda yapıldı. NASA uzay aracı"Columbia", 1996 yılında deney Mir istasyonunda tekrarlandı. Elbette bu çalışma basit bir meraktan değil, istasyonda çıkan bir yangının ne gibi sonuçlara yol açabileceğini ve bununla nasıl başa çıkılacağını anlamak için yapıldı.
Ekim 2008'den Mayıs 2012'ye kadar benzer deneyler NASA'nın Uluslararası Uzay İstasyonundaki projesi kapsamında gerçekleştirildi. Bu kez astronotlar yanıcı maddeleri izole edilmiş bir odada farklı basınçlarda incelediler. farklı içerik oksijen. Daha sonra “soğuk” yanma sağlandı. düşük sıcaklıklar.
Dünyadaki yanma ürünlerinin kural olarak karbondioksit ve su buharı olduğunu hatırlayalım. Ağırlıksız ortamda, düşük sıcaklıklardaki yanma koşulları altında, çoğunlukla yüksek derecede toksik maddeler açığa çıkar. karbon monoksit ve formaldehit.
Araştırmacılar sıfır yerçekiminde yanmayı incelemeye devam ediyor. Belki de bu deneylerin sonuçları yeni teknolojilerin geliştirilmesinin temelini oluşturacaktır, çünkü uzay için yapılan hemen hemen her şey bir süre sonra dünyada uygulama alanı bulur.
Star Wars'u yöneten yönetmen George Lucas'ın uzay istasyonundaki kıyamet patlamasını tasvir ederken hâlâ büyük bir hata yaptığını artık anlıyoruz. Aslında patlayan istasyon kısa, parlak bir flaş gibi görünecek. Ondan sonra çok hızlı bir şekilde sönecek devasa mavimsi bir top kalacak. Ve eğer aniden istasyonda gerçekten bir şey yanarsa, yapay hava dolaşımını derhal otomatik olarak kapatmanız gerekir. Ve sonra yangın olmayacak.
Balmumu- opak, dokunulduğunda yağlı, katı kütle, ısıtıldığında eriyen. Şunlardan oluşur: esterler yağ asitleri bitki ve hayvan kökenli.
Parafin- doymuş hidrokarbonların mumsu bir karışımı.
Stearin- diğer doymuş ve doymamış yağ asitlerinin karışımı ile stearik ve palmitik asitlerin mumsu bir karışımı.
Doğal konveksiyon- sirkülasyon nedeniyle ısı transfer süreci hava kütleleri Yerçekimi alanında eşit olmayan bir şekilde ısıtıldıklarında. Alt katmanlar ısındığında hafifler ve yükselir, üst katmanlar ise tam tersine soğur, ağırlaşır ve düşer, ardından işlem defalarca tekrarlanır.
NASA, kelimenin tam anlamıyla Uluslararası Uzay İstasyonunda ateşle oynuyor.
Flex deneyi Mart 2009'dan beri yürütülmektedir. Amacı, ateşin mikro yerçekiminde nasıl davrandığını daha iyi anlamaktır. Araştırmanın sonuçları, bilim adamlarının gelecekteki uzay gemilerinde gelişmiş yangın söndürme sistemleri oluşturmasına yol açabilir.
Uzaydaki ateş Dünya'dakinden farklı şekilde yanar. Ateş Dünya'da yandığında gazları ısıtır ve yanma ürünlerini "dışarı atar". Mikro yerçekiminde sıcak gazlar görünmez. Yani uzayda bu tamamen farklı bir süreç.
Araştırmacılar, "Uzayda alevler oksijeni Dünya'dakinden 100 kat daha yavaş çekiyor" diyor.
Kozmik ateş daha düşük sıcaklıkta ve daha az oksijenle de yanabilir.
Yangının uzaydaki davranışını incelemek için Project Flex bilim insanları özel bir cihazda bir damla heptan veya metanol ateşliyor. Damlacık parlıyor, küresel bir alev tarafından yutuluyor ve kameralar tüm süreci kaydediyor.
Yanma süreci sırasında araştırmacılar bazı beklenmedik olayları gözlemlediler.
"Şimdiye kadar en inanılmaz şey Alev kaybolduktan sonra heptan damlacıklarının yanmaya devam ettiğini gözlemledik. Bunun neden olduğunu henüz anlayamadık."
"Bugün uzayda yanma süreci hakkında hala anlaşılmayan çok şey var. Bunun üzerinde çalışacağız."
Meraklı bir insan böyle çalışır: İlginç, alışılmadık bir deneyden daha iyi ve daha eğlenceli bir şey yoktur. Ve eğer deneye "uzayda ateş" adı verilirse milyonlarca kişi ilgilenecektir. Bilimsel haberleri takip edenler, 11 Haziran 2017'de sıfır yerçekiminde nasıl yandığını gösteren muhteşem fotoğraf ve videoları hatırlıyorlar kargo gemisi Kuğu OA-7 "John Glenn". Kasıtlı bir kundaklamaydı ve yaşanan her şey kameraya kaydedildi. Hangi amaçla? Bu daha ayrıntılı olarak konuşmaya değer.
Ateşle oynamanın özü ağırlıksızlıktır
Uzaydaki yangının neden Dünyadakinden daha tehlikeli olduğunu açıklamaya gerek yok. Yer çekimi kanunları Dünya'da işler; bir yangın durumunda kaçılacak bir yer ve yangını söndürecek bir şey vardır. Ya içeride yangın çıkarsa açık alan? Bu mümkün mü? Alev duman üretecek mi? Peki ne kadar hızlı yayılacak?
NASA araştırmacıları bu soruları bulmaya karar verdi. Yaratıcılar için uzay gemileri Uzayda ateşin yanıp yanmadığını, dumanın sıfır yerçekiminde nasıl davranacağını bilmek son derece önemlidir. Üç deneyin fotoğrafları ve videoları kamuya açıktır.
“Uzayda ateşin nasıl yandığı” (resmi olarak SAFFIRE) konulu deneyler 2016 yılından bu yana gerçekleştirilmektedir. Fikir, 1 metreye 1,5 metre ölçülerinde çelik bir kutu içindeki pamuk ve fiberglas karışımından yapılmış bir kumaş parçasını ateşe vermekti. Bu olayda kundaklama fanların hava akışında gerçekleştirilmiş. Bu, boşluktaki ateşin nasıl davranacağını anlamak için yapıldı. farklı koşullar. Deney sırasında yaşananlar fotoğraf ve videoya çekildi.
Sağda Dünya'daki ateş, solda ise sıfır yerçekimindeki ateş
İkinci deneyde sıfır yerçekimi koşullarında aynı kutuda dokuz numune yakıldı. farklı malzemeler uzay gemilerinin yapımında kullanılır. Amaç: Numunelerin yangına dayanıklılığını, malzeme kalınlığının uzayda yangının yayılma hızı üzerindeki etkisini belirlemek.
Üçüncü ve son deneyde, iş kıyafeti yapımında kullanılan pleksiglas iplikli kumaş yeniden yakıldı, ancak hava akış hızı değiştirildi. İlk benzer deneyden sonra elde edilen veriler bir bilgisayara girildi, bilgisayar bu verileri işleyerek malzemenin tutuşma olasılığını ve hızını tahmin eden sonuçlar üretti. Artık bilgisayar modülünün doğru çalıştığından emin olmak için bunları kontrol etmek gerekiyordu.
Sonuçlar neyi gösterdi?
Ne olduğu ortaya çıktı? Bilgisayar modülü hatalıydı ama tam tersi yöndeydi: Yangının tutuşması ve yayılması beklenenden daha yavaş gerçekleşti. Flaplar büyük boyutlar küçük numunelere göre daha yavaş yandı ve daha az duman üretti. Bu da yangının daha geç fark edileceği ve söndürülmesinin daha zor olacağı anlamına geliyor.
Genel olarak ateşin ağırlıksızlık koşullarında Dünya'dakinden farklı şekilde yandığı tespit edilmiştir. Farklılıklar aşağıdaki gibidir:
- uzaydaki ateş, havadaki oksijeni Dünya'dakinden 100 kat daha yavaş çeker;
- alev düşük oksijen konsantrasyonlarında bile tutuşur;
- düşük sıcaklıklarda yangın mümkündür;
- ağırlıksızlık koşulları altında, oksijen gazları ısınmadığından yangın yanma ürünlerini yaymaz;
- Bir damla metanolü tutuşturursanız, yangın söndükten sonra bile yanma devam eder.
Son paradoks en çok araştırmacıları etkiledi. şu anda bilim adamları bunun nedenlerini açıklayamıyor.
Uzayda yangın olup olmadığı sorusunun cevabı çok önceden alınmıştı. Ve şimdi, NASA'nın sıfır yerçekimindeki tehlikeli "ateşlemeleri" sayesinde, onun farklı koşullarda nasıl davrandığını da tam olarak biliyoruz. Kundaklama deneyleri henüz sona ermedi ve yeni sonuçlar yakında açıklanacak.
Uluslararası Uzay İstasyonunda gerçekleştirilen FLEX deneyi beklenmedik sonuçlar verdi; açık alev, bilim adamlarının beklediğinden tamamen farklı davrandı.
Bazı bilim adamlarının söylediği gibi ateş en eski ve en başarılı yöntemdir. kimyasal deney insanlık. Aslında ateş, etin kızartıldığı ilk ateşten, insanı aya götüren roket motorunun alevine kadar her zaman insanlığın yanında olmuştur. Ateş, genel olarak medeniyetimizin ilerlemesinin bir simgesi ve aracıdır.
Dünyadaki alev (solda) ile sıfır yer çekimindeki (sağda) fark açıktır. Öyle ya da böyle, insanlık yine ateş konusunda ustalaşmak zorunda kalacak; bu kez uzayda.
San Diego'daki California Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Dr. Forman A. Williams, alevin incelenmesi üzerinde uzun süredir çalışmaktadır. Genellikle ateş çok karmaşık bir süreç binlerce birbirine bağlı kimyasal reaksiyonlar. Örneğin bir mum alevinde hidrokarbon molekülleri fitilden buharlaşır, ısıyla parçalanır ve oksijenle birleşerek ışık, ısı, CO2 ve su üretir. Polisiklik aromatik hidrokarbonlar adı verilen halka şeklindeki moleküller formundaki hidrokarbon parçacıklarının bir kısmı, aynı zamanda yanabilen veya dumana dönüşebilen kurum oluşturur. Bir mum alevinin tanıdık gözyaşı damlası şekli yerçekimi ve konveksiyon tarafından verilir: sıcak hava ayağa kalkar ve yeniden aleve çekilir soğuk hava Alevin yukarıya doğru uzanması nedeniyle.
Ancak sıfır yerçekiminde her şeyin farklı şekilde gerçekleştiği ortaya çıktı. FLEX adı verilen bir deneyde bilim insanları, sıfır yerçekiminde yangınları söndürmeye yönelik teknolojiler geliştirmek için ISS'deki yangını inceledi. Araştırmacılar özel bir odada küçük heptan kabarcıklarını ateşlediler ve alevin nasıl davrandığını izlediler.
Bilim adamları karşılaştı garip fenomen. Mikro yerçekimi koşullarında alev farklı şekilde yanar; küçük toplar oluşturur. Bu olay bekleniyordu çünkü Dünya'daki alevlerden farklı olarak, ağırlıksızlıkta oksijen ve yakıt kürenin yüzeyinde ince bir tabaka halinde oluşuyor. basit devre dünyevi ateşten farklıdır. Ancak tuhaf bir şey keşfedildi: Bilim adamları, tüm hesaplamalara göre yanmanın durması gerekirken bile ateş toplarının yanmaya devam ettiğini gözlemlediler. Aynı zamanda yangın sözde soğuk faz– çok zayıf yandı, öyle ki alevi görülemedi. Ancak bu bir yanmaydı ve alev, yakıt ve oksijenle temas ettiğinde anında büyük bir güçle alevlere dönüşebiliyordu.
Tipik olarak görünür bir ateş şu durumlarda yanar: yüksek sıcaklık 1227 ile 1727 santigrat derece arasında. ISS'deki heptan kabarcıkları da bu sıcaklıkta parlak bir şekilde yandı, ancak yakıt tükenip soğudukça tamamen farklı bir yanma başladı - soğuk. 227-527 santigrat derece gibi nispeten düşük bir sıcaklıkta gerçekleşir ve is, CO2 ve su değil, daha toksik olan karbon monoksit ve formaldehit üretir.
Dünyadaki laboratuvarlarda benzer türde soğuk alevler üretildi, ancak yerçekimi koşulları altında bu tür ateşin kendisi kararsız ve her zaman hızla sönüyor. Ancak ISS'de soğuk bir alev birkaç dakika boyunca sürekli yanabilir. pek değil hoş keşif soğuk ateş sağladığı için artan tehlike: kendiliğinden de dahil olmak üzere daha kolay tutuşur, tespit edilmesi daha zordur ve ayrıca daha fazla emisyon yayar toksik maddeler. Öte yandan, açılış bulunabilir pratik uygulamaörneğin, benzinli motorlarda yakıtın bujilerden değil soğuk alevden ateşlenmesini içeren HCCI teknolojisinde.
Uluslararası Uzay İstasyonunda gerçekleştirilen FLEX deneyi beklenmedik sonuçlar verdi; açık alev, bilim adamlarının beklediğinden tamamen farklı davrandı.
Bazı bilim adamlarının da söylediği gibi ateş, insanoğlunun en eski ve en başarılı kimyasal deneyidir. Aslında ateş, etin kızartıldığı ilk ateşten, insanı aya götüren roket motorunun alevine kadar her zaman insanlığın yanında olmuştur. Ateş, genel olarak medeniyetimizin ilerlemesinin bir simgesi ve aracıdır.
Dünyadaki alev (solda) ile sıfır yer çekimindeki (sağda) fark açıktır. Öyle ya da böyle, insanlık yine ateş konusunda ustalaşmak zorunda kalacak; bu kez uzayda.
San Diego'daki California Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Dr. Forman A. Williams, alevin incelenmesi üzerinde uzun süredir çalışmaktadır. Tipik olarak yangın, birbirine bağlı binlerce kimyasal reaksiyonun karmaşık bir sürecidir. Örneğin bir mum alevinde hidrokarbon molekülleri fitilden buharlaşır, ısıyla parçalanır ve oksijenle birleşerek ışık, ısı, CO2 ve su üretir. Polisiklik aromatik hidrokarbonlar adı verilen halka şeklindeki moleküller formundaki hidrokarbon parçacıklarının bir kısmı, aynı zamanda yanabilen veya dumana dönüşebilen kurum oluşturur. Bir mum alevinin tanıdık gözyaşı damlası şekli yerçekimi ve konveksiyon tarafından verilir: sıcak hava yükselir ve taze soğuk havayı alevin içine çekerek alevin yukarı doğru uzamasına neden olur.
Ancak sıfır yerçekiminde her şeyin farklı şekilde gerçekleştiği ortaya çıktı. FLEX adı verilen bir deneyde bilim insanları, sıfır yerçekiminde yangınları söndürmeye yönelik teknolojiler geliştirmek için ISS'deki yangını inceledi. Araştırmacılar özel bir odada küçük heptan kabarcıklarını ateşlediler ve alevin nasıl davrandığını izlediler.
Bilim insanları tuhaf bir olayla karşılaştı. Mikro yerçekimi koşullarında alev farklı şekilde yanar; küçük toplar oluşturur. Bu olay beklenen bir olaydı çünkü Dünya'daki ateşten farklı olarak, ağırlıksızlıkta oksijen ve yakıt kürenin yüzeyinde ince bir tabaka halinde bulunuyordu. Bu, dünyevi ateşten farklı olan basit bir modeldir. Ancak tuhaf bir şey keşfedildi: Bilim adamları, tüm hesaplamalara göre yanmanın durması gerekirken bile ateş toplarının yanmaya devam ettiğini gözlemlediler. Aynı zamanda yangın sözde soğuk aşamaya girdi - çok zayıf yandı, o kadar ki alev görülemedi. Ancak bu bir yanmaydı ve alev, yakıt ve oksijenle temas ettiğinde anında büyük bir güçle alevlere dönüşebiliyordu.
Tipik olarak görünür ateş, 1227 ila 1727 santigrat derece arasındaki yüksek sıcaklıkta yanar. ISS'deki heptan kabarcıkları da bu sıcaklıkta parlak bir şekilde yandı, ancak yakıt tükenip soğudukça tamamen farklı bir yanma başladı - soğuk. 227-527 santigrat derece gibi nispeten düşük bir sıcaklıkta gerçekleşir ve is, CO2 ve su değil, daha toksik olan karbon monoksit ve formaldehit üretir.
Dünyadaki laboratuvarlarda benzer türde soğuk alevler üretildi, ancak yerçekimi koşulları altında bu tür ateşin kendisi kararsız ve her zaman hızla sönüyor. Ancak ISS'de soğuk bir alev birkaç dakika boyunca sürekli yanabilir. Soğuk ateş artan bir tehlike oluşturduğundan bu pek hoş bir keşif değil: kendiliğinden de dahil olmak üzere daha kolay tutuşur, tespit edilmesi daha zordur ve üstelik daha fazla toksik madde açığa çıkarır. Öte yandan keşif, örneğin benzinli motorlarda yakıtın mumlarla değil soğuk alevle ateşlenmesini içeren HCCI teknolojisinde pratik uygulama bulabilir.