Điều gì xảy ra nếu bạn đốt lửa trong không gian. Ngọn lửa mạnh nhất trong không gian

Thí nghiệm FLEX, được thực hiện trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, đã cho kết quả bất ngờ - một ngọn lửa mở hoàn toàn không hoạt động như các nhà khoa học mong đợi.

Như một số nhà khoa học muốn nói, lửa là thí nghiệm hóa học lâu đời nhất và thành công nhất của nhân loại. Thật vậy, lửa luôn ở với nhân loại: từ ngọn lửa đầu tiên dùng để chiên thịt, đến ngọn lửa của động cơ tên lửa đưa một người lên mặt trăng. Nhìn chung, lửa là một biểu tượng và công cụ của sự tiến bộ của nền văn minh của chúng ta.

Sự khác biệt giữa ngọn lửa trên Trái đất (trái) và trong không trọng lực (phải) là rõ ràng. Bằng cách này hay cách khác, nhân loại sẽ lại phải làm chủ lửa - lần này là trong không gian.

Tiến sĩ Forman A. Williams, giáo sư vật lý tại Đại học California, San Diego, đã nghiên cứu về ngọn lửa trong một thời gian dài. Thông thường cháy là một quá trình phức tạp của hàng ngàn phản ứng hóa học liên quan với nhau. Ví dụ, trong ngọn lửa nến, các phân tử hydrocacbon bay hơi từ bấc, bị nhiệt phân hủy và kết hợp với oxy để tạo ra ánh sáng, nhiệt, CO2 và nước. Một số đoạn hydrocacbon ở dạng phân tử hình vòng, được gọi là hydrocacbon thơm đa vòng, tạo thành muội than, chúng cũng có thể cháy hoặc biến thành khói. Hình giọt nước quen thuộc của ngọn lửa nến được tạo ra bởi lực hấp dẫn và đối lưu: không khí nóng bốc lên hút không khí lạnh trong lành vào ngọn lửa, khiến ngọn lửa bốc lên.

Nhưng nó chỉ ra rằng trong không trọng lượng mọi thứ xảy ra khác nhau. Trong một thí nghiệm có tên FLEX, các nhà khoa học đã nghiên cứu các đám cháy trên ISS để phát triển công nghệ chữa cháy trong điều kiện không trọng lực. Các nhà nghiên cứu đã đốt cháy các bong bóng heptan nhỏ bên trong một buồng đặc biệt và xem ngọn lửa hoạt động như thế nào.

Các nhà khoa học đang phải đối mặt với một hiện tượng kỳ lạ. Trong không trọng lực, ngọn lửa cháy khác nhau; nó tạo thành những quả bóng nhỏ. Hiện tượng này được mong đợi bởi vì, không giống như ngọn lửa trên Trái đất, trong môi trường không trọng lực, oxy và nhiên liệu gặp nhau thành một lớp mỏng trên bề mặt quả cầu. Đây là một mạch điện đơn giản khác với ngọn lửa của Trái đất. Tuy nhiên, một điều kỳ lạ đã được phát hiện: các nhà khoa học đã quan sát thấy sự tiếp tục cháy của các quả cầu lửa ngay cả khi theo tất cả các tính toán, việc đốt cháy lẽ ra đã dừng lại. Cùng lúc đó, ngọn lửa chuyển sang giai đoạn lạnh - nó cháy rất yếu, đến mức không thể nhìn thấy ngọn lửa. Tuy nhiên, đó là quá trình đốt cháy và ngọn lửa có thể bùng lên ngay lập tức với một lực lớn khi tiếp xúc với nhiên liệu và oxy.

Ngọn lửa thông thường có thể nhìn thấy cháy ở nhiệt độ cao từ 1227 đến 1727 độ C. Các bong bóng heptane trên ISS cũng cháy sáng ở nhiệt độ này, nhưng khi nhiên liệu cạn kiệt và nguội đi, một sự cháy hoàn toàn khác bắt đầu - nguội. Nó diễn ra ở nhiệt độ tương đối thấp 227-527 độ C và không tạo ra muội than, CO2 và nước, nhưng độc hại hơn carbon monoxide và formaldehyde.

Các loại ngọn lửa lạnh tương tự đã được tái tạo trong các phòng thí nghiệm trên Trái đất, nhưng trong điều kiện hấp dẫn, bản thân ngọn lửa như vậy không ổn định và luôn nhanh chóng tàn lụi. Tuy nhiên, trên ISS, một ngọn lửa lạnh có thể cháy đều đặn trong vài phút. Đây không phải là một khám phá dễ chịu, vì lửa lạnh làm tăng nguy cơ: nó dễ bắt cháy hơn, kể cả tự phát, khó phát hiện hơn, và thêm vào đó, nó thải ra nhiều chất độc hại hơn. Mặt khác, khám phá có thể tìm thấy ứng dụng thực tế, ví dụ, trong công nghệ HCCI, liên quan đến việc đốt cháy nhiên liệu trong động cơ xăng không phải từ nến mà từ ngọn lửa lạnh.

Thí nghiệm FLEX, được thực hiện trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, đã cho kết quả bất ngờ - một ngọn lửa mở hoàn toàn không hoạt động như các nhà khoa học mong đợi.

Như một số nhà khoa học muốn nói, lửa là thí nghiệm hóa học lâu đời nhất và thành công nhất của nhân loại. Thật vậy, lửa luôn ở với nhân loại: từ ngọn lửa đầu tiên dùng để chiên thịt, đến ngọn lửa của động cơ tên lửa đưa một người lên mặt trăng. Nhìn chung, lửa là một biểu tượng và công cụ của sự tiến bộ của nền văn minh của chúng ta.

Sự khác biệt giữa ngọn lửa trên Trái đất (trái) và trong không trọng lực (phải) là rõ ràng. Bằng cách này hay cách khác, nhân loại sẽ lại phải làm chủ lửa - lần này là trong không gian.

Tiến sĩ Forman A. Williams, giáo sư vật lý tại Đại học California, San Diego, đã nghiên cứu về ngọn lửa trong một thời gian dài. Thông thường cháy là một quá trình phức tạp của hàng ngàn phản ứng hóa học liên quan với nhau. Ví dụ, trong ngọn lửa nến, các phân tử hydrocacbon bay hơi từ bấc, bị nhiệt phân hủy và kết hợp với oxy để tạo ra ánh sáng, nhiệt, CO2 và nước. Một số đoạn hydrocacbon ở dạng phân tử hình vòng, được gọi là hydrocacbon thơm đa vòng, tạo thành muội than, chúng cũng có thể cháy hoặc biến thành khói. Hình giọt nước quen thuộc của ngọn lửa nến được tạo ra bởi lực hấp dẫn và đối lưu: không khí nóng bốc lên hút không khí lạnh trong lành vào ngọn lửa, khiến ngọn lửa bốc lên.

Nhưng nó chỉ ra rằng trong không trọng lượng mọi thứ xảy ra khác nhau. Trong một thí nghiệm có tên FLEX, các nhà khoa học đã nghiên cứu các đám cháy trên ISS để phát triển công nghệ chữa cháy trong điều kiện không trọng lực. Các nhà nghiên cứu đã đốt cháy các bong bóng heptan nhỏ bên trong một buồng đặc biệt và xem ngọn lửa hoạt động như thế nào.

Các nhà khoa học đang phải đối mặt với một hiện tượng kỳ lạ. Trong không trọng lực, ngọn lửa cháy khác nhau; nó tạo thành những quả bóng nhỏ. Hiện tượng này được mong đợi bởi vì, không giống như ngọn lửa trên Trái đất, trong môi trường không trọng lực, oxy và nhiên liệu gặp nhau thành một lớp mỏng trên bề mặt quả cầu. Đây là một mạch điện đơn giản khác với ngọn lửa của Trái đất. Tuy nhiên, một điều kỳ lạ đã được phát hiện: các nhà khoa học đã quan sát thấy sự tiếp tục cháy của các quả cầu lửa ngay cả khi theo tất cả các tính toán, việc đốt cháy lẽ ra đã dừng lại. Cùng lúc đó, ngọn lửa chuyển sang giai đoạn lạnh - nó cháy rất yếu, đến mức không thể nhìn thấy ngọn lửa. Tuy nhiên, đó là quá trình đốt cháy và ngọn lửa có thể bùng lên ngay lập tức với một lực lớn khi tiếp xúc với nhiên liệu và oxy.

Ngọn lửa thông thường có thể nhìn thấy cháy ở nhiệt độ cao từ 1227 đến 1727 độ C. Các bong bóng heptane trên ISS cũng cháy sáng ở nhiệt độ này, nhưng khi nhiên liệu cạn kiệt và nguội đi, một sự cháy hoàn toàn khác bắt đầu - nguội. Nó diễn ra ở nhiệt độ tương đối thấp 227-527 độ C và không tạo ra muội than, CO2 và nước, nhưng độc hại hơn carbon monoxide và formaldehyde.

Các loại ngọn lửa lạnh tương tự đã được tái tạo trong các phòng thí nghiệm trên Trái đất, nhưng trong điều kiện hấp dẫn, bản thân ngọn lửa như vậy không ổn định và luôn nhanh chóng tàn lụi. Tuy nhiên, trên ISS, một ngọn lửa lạnh có thể cháy đều đặn trong vài phút. Đây không phải là một khám phá dễ chịu, vì lửa lạnh làm tăng nguy cơ: nó dễ bắt cháy hơn, kể cả tự phát, khó phát hiện hơn, và thêm vào đó, nó thải ra nhiều chất độc hại hơn. Mặt khác, khám phá có thể tìm thấy ứng dụng thực tế, ví dụ, trong công nghệ HCCI, liên quan đến việc đốt cháy nhiên liệu trong động cơ xăng không phải từ nến mà từ ngọn lửa lạnh.

Marina Pozdnyakova

Nhiều người từng xem bộ phim Mỹ đình đám "Chiến tranh giữa các vì sao" vẫn còn nhớ những cảnh quay ấn tượng với tiếng nổ, ngọn lửa, mảnh vỡ bốc cháy bay tứ phía ... Liệu cảnh tượng khủng khiếp như vậy có thể lặp lại trong không gian thực? Trong một không gian hoàn toàn không có không khí? Để trả lời câu hỏi này, chúng ta hãy thử tìm hiểu ban đầu làm thế nào một ngọn nến bình thường sẽ cháy trên một trạm vũ trụ.

Quá trình đốt cháy là gì? Đây là một phản ứng oxy hóa hóa học với việc giải phóng một lượng nhiệt lớn và tạo thành các sản phẩm cháy nóng. Quá trình cháy chỉ có thể diễn ra khi có chất cháy là ôxy và với điều kiện phải loại bỏ các sản phẩm ôxy hoá ra khỏi vùng cháy.

Hãy xem ngọn nến được sắp xếp như thế nào và những gì chính xác cháy trong đó. Nến - một loại bấc được xoắn từ sợi bông, chứa đầy sáp, parafin hoặc stearin. Nhiều người nghĩ rằng bấc tự cháy, nhưng thực tế không phải vậy. Nó chỉ là chất xung quanh bấc cháy, hay nói đúng hơn là các cặp của nó. Bấc là cần thiết để sáp (parafin, stearin) nóng chảy do nhiệt của ngọn lửa bốc lên qua các mao quản của nó vào vùng cháy.

Để kiểm tra điều này, bạn có thể làm một thử nghiệm nhỏ. Thổi nến và ngay lập tức đưa que diêm đang cháy lên điểm cao hơn bấc hai hoặc ba cm, nơi có hơi sáp bốc lên. Chúng sẽ bùng lên từ trận đấu, sau đó ngọn lửa sẽ rơi xuống bấc và ngọn nến sẽ sáng trở lại (xem thêm chi tiết).

Vì vậy, có một chất cháy. Cũng có đủ oxy trong không khí. Và những gì về việc loại bỏ các sản phẩm đốt cháy? Không có vấn đề với điều này trên trái đất. Không khí bị đốt nóng bởi sức nóng của ngọn lửa nến trở nên ít đặc hơn so với cái lạnh xung quanh nó, và bốc lên cùng với các sản phẩm của quá trình đốt cháy (chúng tạo thành một lưỡi lửa). Nếu các sản phẩm của quá trình cháy, và đây là khí cacbonic CO 2 và hơi nước, vẫn ở trong vùng phản ứng, thì quá trình cháy sẽ nhanh chóng dừng lại. Thật dễ dàng để xác minh điều này: đặt một ngọn nến đang cháy trong một cái ly cao - nó sẽ tắt.

Và bây giờ chúng ta hãy nghĩ xem điều gì sẽ xảy ra với ngọn nến trên trạm vũ trụ, nơi mọi vật thể đều ở trạng thái không trọng lượng. Sự chênh lệch về mật độ không khí nóng và lạnh sẽ không còn gây ra sự đối lưu tự nhiên, và sau một thời gian ngắn sẽ không còn oxy trong vùng cháy. Nhưng một lượng dư carbon monoxide (carbon monoxide) CO được tạo thành. Tuy nhiên, trong vài phút nữa, ngọn nến sẽ cháy và ngọn lửa sẽ có dạng một quả bóng bao quanh bấc.

Không kém phần thú vị khi biết ngọn lửa nến trên trạm vũ trụ sẽ có màu gì. Trên mặt đất, nó được chủ đạo bởi một màu vàng do sự phát sáng của các hạt bồ hóng nóng. Thông thường, ngọn lửa cháy ở nhiệt độ 1227-1721 o C. Trong điều kiện không trọng lượng, người ta nhận thấy rằng khi chất cháy hết, quá trình cháy “nguội” bắt đầu ở nhiệt độ 227-527 o C. Trong những điều kiện này, một hỗn hợp hydrocacbon no trong sáp giải phóng hydro H 2, làm cho ngọn lửa có màu hơi xanh.

Có ai thắp nến thật trong không gian? Hóa ra là họ đã thắp sáng nó - trong quỹ đạo. Điều này được thực hiện lần đầu tiên vào năm 1992 trong mô-đun thí nghiệm của tàu vũ trụ Spece Shuttle, sau đó là tàu vũ trụ Columbia của NASA, và năm 1996 thí nghiệm được lặp lại tại trạm Mir. Tất nhiên, công việc này được thực hiện không phải vì sự tò mò đơn giản, mà là để hiểu đám cháy trên tàu có thể dẫn đến hậu quả gì và cách đối phó với nó.

Từ tháng 10 năm 2008 đến tháng 5 năm 2012, các thí nghiệm tương tự đã được thực hiện trong khuôn khổ dự án của NASA tại Trạm Vũ trụ Quốc tế. Lần này, các phi hành gia đã kiểm tra các chất dễ cháy trong một buồng biệt lập ở các áp suất khác nhau và hàm lượng oxy khác nhau. Sau đó, quá trình đốt cháy "lạnh" ở nhiệt độ thấp được thiết lập.

Hãy nhớ lại rằng các sản phẩm của quá trình đốt cháy trên trái đất, theo quy luật, là khí cacbonic và hơi nước. Ở trạng thái không trọng lượng, trong điều kiện đốt cháy ở nhiệt độ thấp, các chất có độc tính cao được giải phóng, chủ yếu là cacbon monoxit và fomandehit.

Các nhà nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu quá trình đốt cháy trong môi trường không trọng lực. Có lẽ kết quả của những thí nghiệm này sẽ tạo cơ sở cho sự phát triển của các công nghệ mới, bởi vì hầu hết mọi thứ được thực hiện cho không gian, sau một thời gian, đều có ứng dụng trên trái đất.

Bây giờ chúng ta hiểu rằng đạo diễn George Lucas, người đã chỉ đạo Star Wars, vẫn mắc một sai lầm lớn khi miêu tả vụ nổ tận thế của trạm vũ trụ. Trên thực tế, trạm phát nổ sẽ giống như một tia chớp sáng ngắn. Sau đó, một quả bóng lớn màu xanh sẽ vẫn còn, sẽ biến mất rất nhanh. Và nếu đột nhiên có thứ gì đó thực sự bốc cháy tại nhà ga, bạn cần phải tự động tắt hệ thống lưu thông không khí nhân tạo ngay lập tức. Và khi đó đám cháy sẽ không xảy ra.

Sáp- một khối rắn đục, nhờn khi chạm vào, nóng chảy. Bao gồm các este của axit béo có nguồn gốc thực vật và động vật.

Parafin- hỗn hợp dạng sáp của các hiđrocacbon no.

Stearin- hỗn hợp dạng sáp của axit stearic và axit palmitic với hỗn hợp của các axit béo no và không bão hòa khác.

Sự đối lưu tự nhiên- quá trình truyền nhiệt do sự luân chuyển của các khối khí trong quá trình đốt nóng không đều của chúng trong trọng trường. Khi các lớp bên dưới bị đốt nóng, chúng trở nên nhẹ hơn và nổi lên, trong khi các lớp bên trên nguội đi, trở nên nặng hơn và chìm xuống, sau đó quá trình này được lặp lại nhiều lần.