Prometheus olisi niin ylpeä. Osana NASA-kokeilua ihmiset ovat tuoneet tulipalon kansainväliselle avaruusasemalle (ISS) nähdäkseen mitä tapahtuu liekkeille häviävän matalassa painovoimassa. Kokeen, jonka nimi on liekin sammutus-2 (FLEX-2), tarkoituksena on parantaa tietämystämme siitä, kuinka eri nestemäiset polttoaineet palavat ja mitä ne tuottavat, jotta voimme luoda puhtaampia, tehokkaampia polttomoottoreita.
Asiaan liittyvä sisältö
- Kuinka raketit sytyttävät heidän moottorinsa avaruudessa ilman happea ja lisää lukijoidemme kysymyksiä
- Avaruudessa liekit käyttäytyvät tavalla, jota kukaan ei ajattele mahdollista
Avaruusasemalle vuonna 2009 asennettu FLEX-2 hyödyntää avaruuden ainutlaatuisia olosuhteita yksinkertaistaakseen palamisen tutkimuksia. Mikropainon ollessa nestemäinen polttoaine voi muodostaa lähes täydellisesti pyöreitä pisaroita. Kun nämä pallot syttyvät, liekki palaa palloksi, mikä antaa tutkijoille puhtaamman geometrian mallien ja laskelmien ajamiseen.
Tämän yksinkertaisuusasteen saavuttaminen ei kuitenkaan ollut merkityksellistä, sanoo C. Thomas Avedisian Cornellin yliopistosta, joka on FLEX-2-ryhmän tutkija. "Väittäisin, että tämä on vaikein palamiskokoonpano nestemäiselle polttoaineelle", hän sanoo. "Tämä kokeilu kesti vuosikymmeniä täydellisyyteen, palaaen 80-luvun puoliväliin."
Viimeisimmässä koekäytössä, joka on nähty yllä olevasta videosta, FLEX-2-kammio - suunnilleen leivänrasian kokoinen sisäpuolella - on täytetty paineistetulla happea ja typpeä sisältävällä seoksella, joka on suunniteltu jäljittelemään ilmaa maan pinnalla. Neulat luovuttavat 3 millimetrin pisaroita, jotka ovat puoliksi isoktaania ja puoliksi heptaania. Tämä kemiallinen panimo toimii yksinkertaisempana vaihtoehtona bensiinille, Avedisian sanoo. Nämä kaksi nestettä palavat yleensä samalla tavalla, mutta bensiini voi sisältää niin monia erilaisia yhdisteitä, että sen käyttäytymistä on vaikeampi mallintaa.
Kaksi johtosilmukkaa johtavat virtaa pisaran lämmittämiseen, kunnes se syttyy, ja siitä syttyy sinisen liekin hehkuva pallo, joka palaa noin 2000 kelvinin paineessa. Älä pettää - palavaa palloa ei kuljeteta yhtäkkiä tähtitaivaaseen. Kammion valot sammuvat liekin helpottamiseksi havaitsemiseksi, mutta se myös tekee kuvista pilkkuja, joita videotunnistimien pienet puutteet aiheuttavat, entistä selvempiä. Liekipallo alkaa sitten värähtää palaessa, kun se sammuu, jolloin se näyttää pulssisevan kammion läpi kuin meduusauinti. Lopulta pallo säteilee niin paljon lämpöä, että polttava kuuma liekki tukahdutetaan.
Avedisian ja hänen tiiminsä ovat suorittaneet useita tällaisia testejä sekoittaen polttoainetyypit ja pudotuskoot tarkistaakseen eri vaikutuksia. He pystyvät hallitsemaan alkuasetuksia reaaliajassa videosyötteellä, joka ohjataan Cornellin laboratorioon, ja katsomaan sitten, kun automatisoitu testi kulkee. Lab-ryhmä suorittaa myös samanlaisia kokeita kentällä tutkimalla pisaroita, jotka ovat lähempänä mikro-mittakaavan variaatiota, joka on luotu polttoaineen ruiskuttamisen yhteydessä auton moottoriin. Matalan matalan painovoiman simuloimiseksi Cornell-joukkue pudottaa pisaransa - he lähettävät palavat palloja 25 jalan vapaapudotuskammion läpi ja kuvaavat niitä matkalla alas.
Avaruuskokeissa muodostuneet pisarat antavat joukkueelle nähdä palamisfysiikan suuremmissa mittakaavoissa ja verrata tuloksia maapallolla suoritettuihin testeihin. Yksi hämmentävä löytö on, että meduusan tyylin pulssit tapahtuvat vasta, kun pisara on riittävän suuri - noin 3 millimetriä tai suurempi - eikä niitä tapahdu koko ajan. "Liekin värähtelyjä ei todellakaan ymmärretä hyvin", Avedisian sanoo.
Viime kädessä tutkimalla levitaavia tulipalloja voisi paljastaa tapoja tehdä polttoaineet polttamaan puhtaammiksi. "Mielestämme on alhaisen lämpötilan tai" viileän liekin "palamisvyöhyke - pisara palaa edelleen, vaikka emme näe liekkiä", Avedisian sanoo. Tällä vyöhykkeellä tuli palaa vain noin 600–800 kelviniä.
"Moottorivalmistajat ovat tutkineet tapoja vähentää pilaantumista, johon liittyy viileän liekin kemian käyttöä, ja että kemiaa ei ymmärretä yhtä hyvin kuin liekkikemia", lisää FLEX-2: n päätutkija Forman A. Williams Kalifornian yliopistosta., San Diego. "Tutkimalla ISS-kokeiluista löydettyjä viileitä liekkejä voimme ehkä saada paremman ymmärryksen kyseisestä kemiasta, josta voi sitten olla apua moottorivalmistajille heidän suunnittelussaan."
