Эксперимент FLEX, проведенный на борту Международной космической станции, дал неожиданные результаты – открытое пламя повело себя совсем не так, как ожидали ученые.
Как любят говорить некоторые ученые, огонь – это древнейший и
самый успешный химический эксперимент человечества. Действительно, огонь
шел с человечеством всегда: от первых костров, на которых жарили мясо,
до пламени ракетного двигателя, который доставил человека на Луну. По
большому счету, огонь является символом и орудием прогресса нашей
цивилизации.
Разница
пламени на Земле (слева) и в условиях невесомости (справа) очевидна.
Так или иначе, человечеству вновь придется осваивать огонь – на этот раз
в космосе.
Доктор Форман А. Уильямс, (Forman A. Williams), профессор физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего, давно работает над изучением пламени. Обычно огонь – это сложнейший процесс тысяч взаимосвязанных химических реакций. Например в пламени свечи углеводородные молекулы испаряются с фитиля, расщепляются под воздействием тепла и соединяются с кислородом, производя свет, тепло, CO2 и воду. Некоторые из углеводородных фрагментов в форме кольцеобразных молекул, называемых полициклическими ароматическими углеводородами, образуют сажу, которая может также сгореть либо превратиться в дым. Знакомую каплевидную форму огоньку свечи придает гравитация и конвекция: горячий воздух поднимается вверх и затягивает в пламя свежий холодный воздух, благодаря чему пламя тянется вверх.
Но, оказывается, в невесомости все происходит иначе. В ходе эксперимента под названием FLEX, ученые изучали огонь на борту МКС, чтобы разработать технологии тушения пожаров в невесомости. Исследователи поджигали небольшие пузыри гептана внутри специальной камеры и смотрели, как ведет себя пламя.
Ученые столкнулись со странным явлением. В условиях микрогравитации, пламя горит по-другому оно образует маленькие шарики. Это явление было ожидаемым, поскольку в отличие от пламени на Земле, в невесомости кислород и топливо встречаются в тонком слое на поверхности сферы, Это простая схема, которая отличается от земного огня. Тем не менее, обнаружилась странность: ученые наблюдали продолжение горения огненных шариков даже после того, как по всем расчетам горение должно было прекратиться. При этом огонь перешел в так называемую холодную фазу – он горел очень слабо, настолько, что пламя невозможно было увидеть. Тем не менее, это было горение, и пламя могло мгновенно вспыхнуть с большой силой при контакте с топливом и кислородом.
Обычно видимый огонь горит при высокой температуре между 1227 и 1727 градусами Цельсия. Гептановые пузыри на МКС также ярко горели при этой температуре, но по мере исчерпания топлива и остывания, началось совсем другое горение - холодное. Оно проходит при относительно низкой температуре 227-527 градусов Цельсия и производят не сажу, CO2 и воду, а более токсичные моноксид углерода и формальдегид.
Похожие типы холодного пламени в лабораториях воспроизводились и на Земле, но в условиях гравитации сам по себе такой огонь неустойчив и всегда быстро затухает. На МКС, однако, холодное пламя может устойчиво гореть несколько минут. Это не очень приятное открытие, так как холодный огонь предоставляет собой повышенную опасность: он легче зажигается, в том числе самопроизвольно, его сложнее обнаружить и, к тому же, он выделяет больше токсичных веществ. С другой стороны, открытие может найти практическое применение, например в технологии HCCI, которая предполагает зажигание топлива в бензиновых моторах не от свечей, а от холодного пламени.
Марина Позднякова
Многие из тех, кто смотрел культовый американский фильм «Звёздные войны», до сих пор помнят впечатляющие кадры со взрывами, языками пламени, летящими во все стороны горящими обломками… А может ли такая страшная сцена повториться в реальном космосе? В пространстве, полностью лишённом воздуха? Чтобы ответить на этот вопрос, попробуем разобраться для начала, как будет гореть обычная свечка на космической станции.
Что такое горение? Это химическая реакция окисления с выделением большого количества тепла и образованием раскалённых продуктов сгорания. Процесс горения может происходить только при наличии горючего вещества, кислорода и при условии, что продукты окисления будут отводиться из зоны горения.
Посмотрим, как устроена свечка и что именно в ней горит. Свечка - скрученный из хлопчатобумажных нитей фитиль, залитый воском, парафином или стеарином. Многие думают, что горит сам фитиль, но это не так. Горит как раз вещество вокруг фитиля, точнее, его пары. Фитиль же нужен для того, чтобы расплавившийся от тепла пламени воск (парафин, стеа-рин) поднимался по его капиллярам в зону горения.
Чтобы проверить это, можно провести небольшой эксперимент. Задуйте свечку и тут же поднесите горящую спичку в точку выше фитиля сантиметра на два-три, туда, где поднимаются вверх пары воска. От спички они вспыхнут, после чего огонь опустится на фитиль и свечка загорится снова (подробнее см. ).
Итак, горючее вещество есть. Кислорода в воздухе тоже вполне достаточно. А как быть с отводом продуктов сгорания? На земле с этим проблем нет. Воздух, нагретый теплом пламени свечи, становится менее плотным, чем окружающий его холодный, и поднимается вверх вместе с продуктами сгорания (они образуют язычок пламени). Если же продукты сгорания, а это углекислый газ CO 2 и пары воды, останутся в зоне реакции, горение быстро прекратится. Убедиться в этом легко: поставьте горящую свечку в высокий стакан - она погаснет.
А теперь подумаем, что же произойдёт со свечкой на космической станции, где все предметы находятся в состоянии невесомости. Разница в плотности горячего и холодного воздуха уже не будет вызывать естественную конвекцию, и через непродолжительное время в зоне горения не останется кислорода. Зато образуется избыток окиси углерода (угарного газа) CO. Однако ещё несколько минут свеча будет гореть, а пламя приобретёт форму шара, окружающего фитиль.
Не менее интересно узнать, какого цвета будет пламя свечи на космической станции. На земле в нём преобладает жёлтый оттенок, обусловленный свечением раскалённых частиц сажи. Обычно огонь горит при температуре 1227-1721 о С. В невесомости же было замечено, что по мере исчерпания горючего вещества начинается «холодное» горение при температуре 227-527 о С. В этих условиях смесь предельных углеводородов в составе воска выделяет водород Н 2 , который придаёт пламени голубоватый оттенок.
А зажигал ли кто-нибудь настоящие свечи в космосе? Оказывается, зажигали - на орбите. Впервые это было сделано в 1992 году в экспериментальном модуле космического корабля «Spece Shattle», затем в космическом корабле NASA «Колумбия», в 1996 году опыт повторили на станции «Мир». Конечно, этой работой занимались не из простого любопытства, а для того, чтобы понять, к каким последствиям может привести пожар на борту станции и как с ним бороться.
С октября 2008-го по май 2012 года подобные эксперименты проводились по проекту NASA на Международной космической станции. На этот раз космонавты исследовали горючие вещества в изолированной камере при разных давлениях и разном содержании кислорода. Тогда и было установлено «холодное» горение при низких температурах.
Напомним, что продукты сгорания на земле - это, как правило, углекислый газ и пары воды. В невесомости же, в условиях горения при низких температурах, выделяются высокотоксичные вещества, в основном угарный газ и формальдегид.
Исследователи продолжают изучать горение в невесомости. Возможно, результаты этих экспериментов лягут в основу разработки новых технологий, ведь почти всё, что делается для космоса, через некоторое время находит применение на земле.
Теперь мы понимаем, что режиссёр Джордж Лукас, снявший «Звёздные войны», всё-таки сильно ошибся, изображая апокалиптический взрыв космической станции. На самом деле взорвавшаяся станция будет выглядеть как короткая яркая вспышка. После неё останется огромный голубоватый шар, который очень быстро погаснет. А если вдруг на станции что-то загорится по-настоящему, нужно без промедления автоматически отключить искусственную циркуляцию воздуха. И тогда пожар не случится.
Воск - непрозрачная, жирная на ощупь, твёрдая масса, которая плавится при нагревании. Состоит из сложных эфиров жирных кислот растительного и животного происхождения.
Парафин - воскоподобная смесь насыщенных углеводородов.
Стеарин - воскоподобная смесь стеариновой и пальмитиновой кислот с примесью других насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.
Естественная конвекция - процесс теплопередачи, обусловленный циркуляцией воздушных масс при их неравномерном нагревании в поле тяготения. Когда нижние слои нагреваются, они становятся легче и поднимаются, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова.
Огонь возникает тогда, когда есть три составляющие. Во-первых, это топливо, в виде дерева, бумаги, спирта, газа и т.д. Во-вторых, необходим кислород, который взаимодействует с топливом, в результате горения кислород вступает в реакцию с топливом. Третья необходимая составляющая – это тепло. Только нагретое до определенной температуры топливо будет гореть на воздухе.
Американские ученые из Гарвардского университета выяснили, что электрическое поле способно тушить пожары. Серия экспериментов показала, что для тушения пожара достаточно направить на огонь электрод, соединенный с усилителем, мощность которого составляет 600 вт. На основе этой установке планируется создание электрического огнетушителя. Чем в действительности является воздух, ученый понял, исследуя процессы горения. Задолго до него было доказано, что горение возможно только в присутствии воздуха. Но что происходит с воздухом при горении?Пытаясь ответить на этот вопрос, Шееле стал проводить опыты с горением различных веществ в плотно закрытых сосудах.
Сжижение газов - это обращение газов в жидкое состояние. Может быть произведено сжатием газа (повышением давления) и одновременным его охлаждением.
Помимо самых разнообразных вопросов, непосредственно связанных с доставкой, а также безопасностью, постоянно возникает еще и традиционная проблема — придется от елки избавиться, когда начнут находить космонавты в своих спальных мешках многочисленные иголки, которые смогли туда залететь, ведь на межорбитальной космической станции есть такое физическое явление как невесомость.
Эксперимент FLEX, проведенный на борту Международной космической станции, дал неожиданные результаты – открытое пламя повело себя совсем не так, как ожидали ученые.
Как любят говорить некоторые ученые, огонь – это древнейший и
самый успешный химический эксперимент человечества. Действительно, огонь
шел с человечеством всегда: от первых костров, на которых жарили мясо,
до пламени ракетного двигателя, который доставил человека на Луну. По
большому счету, огонь является символом и орудием прогресса нашей
цивилизации.
Разница
пламени на Земле (слева) и в условиях невесомости (справа) очевидна.
Так или иначе, человечеству вновь придется осваивать огонь – на этот раз
в космосе.
Доктор Форман А. Уильямс, (Forman A. Williams), профессор физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего, давно работает над изучением пламени. Обычно огонь – это сложнейший процесс тысяч взаимосвязанных химических реакций. Например в пламени свечи углеводородные молекулы испаряются с фитиля, расщепляются под воздействием тепла и соединяются с кислородом, производя свет, тепло, CO2 и воду. Некоторые из углеводородных фрагментов в форме кольцеобразных молекул, называемых полициклическими ароматическими углеводородами, образуют сажу, которая может также сгореть либо превратиться в дым. Знакомую каплевидную форму огоньку свечи придает гравитация и конвекция: горячий воздух поднимается вверх и затягивает в пламя свежий холодный воздух, благодаря чему пламя тянется вверх.
Но, оказывается, в невесомости все происходит иначе. В ходе эксперимента под названием FLEX, ученые изучали огонь на борту МКС, чтобы разработать технологии тушения пожаров в невесомости. Исследователи поджигали небольшие пузыри гептана внутри специальной камеры и смотрели, как ведет себя пламя.
Ученые столкнулись со странным явлением. В условиях микрогравитации, пламя горит по-другому оно образует маленькие шарики. Это явление было ожидаемым, поскольку в отличие от пламени на Земле, в невесомости кислород и топливо встречаются в тонком слое на поверхности сферы, Это простая схема, которая отличается от земного огня. Тем не менее, обнаружилась странность: ученые наблюдали продолжение горения огненных шариков даже после того, как по всем расчетам горение должно было прекратиться. При этом огонь перешел в так называемую холодную фазу – он горел очень слабо, настолько, что пламя невозможно было увидеть. Тем не менее, это было горение, и пламя могло мгновенно вспыхнуть с большой силой при контакте с топливом и кислородом.
Обычно видимый огонь горит при высокой температуре между 1227 и 1727 градусами Цельсия. Гептановые пузыри на МКС также ярко горели при этой температуре, но по мере исчерпания топлива и остывания, началось совсем другое горение - холодное. Оно проходит при относительно низкой температуре 227-527 градусов Цельсия и производят не сажу, CO2 и воду, а более токсичные моноксид углерода и формальдегид.
Похожие типы холодного пламени в лабораториях воспроизводились и на Земле, но в условиях гравитации сам по себе такой огонь неустойчив и всегда быстро затухает. На МКС, однако, холодное пламя может устойчиво гореть несколько минут. Это не очень приятное открытие, так как холодный огонь предоставляет собой повышенную опасность: он легче зажигается, в том числе самопроизвольно, его сложнее обнаружить и, к тому же, он выделяет больше токсичных веществ. С другой стороны, открытие может найти практическое применение, например в технологии HCCI, которая предполагает зажигание топлива в бензиновых моторах не от свечей, а от холодного пламени.
ЦЕНТР УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТАМИ (Королев, Московская область), 9 ноя — РИА Новости. Главный символ Олимпиады — олимпийский факел — впервые побывал в открытом космосе, куда его вынесли с борта МКС российские космонавты Олег Котов и Сергей Рязанский.
Космонавты в течение часа переходили с камерой на различные точки съемки на внешней поверхности МКС, передавая Олимпийский факел из рук в руки. Конструкция факела позволяет ему гореть в любых условиях, но зажигать его во время путешествия в космосе не стали.Эстафета олимпийского огня, которая проходит в России перед зимней Олимпиадой в Сочи, стала самой масштабной эстафетой с момента появления этой традиции в 1930-е годы. И самым впечатляющим ее моментом можно считать выход факела в космос.
Круг почета по МКС
Олимпийский символ — ради безопасности незажженный — доставили на МКС на корабле "Союз ТМА-11М" члены новой экспедиции российский космонавт Михаил Тюрин, астронавт НАСА Ричард Мастраккио и японский астронавт Коичи Ваката. Именно Тюрин внес факел на станцию.
Внутри МКС, в свою очередь, состоялся своего рода этап олимпийской эстафеты.
"Факел побывал в руках каждого члена экипажа МКС, его пронесли по всем внутренним помещениям станции", — рассказал командир МКС Федор Юрчихин.
Первым факел пронес по станции Коичи Ваката, после он попал к итальянцу Луке Пармитано, потом его нес астронавт Майкл Хопкинс, затем факел подхватила единственная леди на станции Карен Найберг, которая передала его своему коллеге Ричарду Мастраккио. Рик, в свою очередь, передал олимпийский символ Тюрину, дальше по очереди его получили Сергей Рязанский и Олег Котов. Последним факел по МКС пронес Юрчихин.
"Я его повесил в российском сегменте на самом почетном месте", — уточнил командир.
В открытый космос и обратно
В субботу вечером Олег Котов и Сергей Рязанский впервые вынесли факел в открытый космос. Они провели в космосе этап эстафеты, передавая олимпийский символ друг другу, а затем сняли друг друга с помощью видеокамер.
Котов, в частности, поприветствовал землян, помахав факелом, а потом взял его в другую руку и сказал, что видимость прекрасная — открывается великолепный вид на Землю.
Факел во время выхода был закреплен специальным фалом с карабином на конце, с помощью которого символ закрепляется на поручнях, расположенных на внешней поверхности станции. Сделано это для того, чтобы космонавты случайно не упустили факел в открытый космос. Оставшиеся на борту МКС члены экипажа снимали их через иллюминаторы.
© Роскосмос
© Роскосмос
Затем Котов и Рязанский возвратили символ Олимпиады-2014 из открытого космоса на МКС и закрепили его внутри стыковочного отсека "Пирс", а после вернулись к работе — по программе шестичасового выхода они должны были переставить площадку "Якорь" на новое место, снять транспортировочный кронштейн фиксации приводов и провести ряд других работ. Однако полностью выполнить программу им не удалось. После полуночи космические факелоносцы вернулись на станцию и закрыли люки.
Снова на Землю
Когда люк спускаемой капсулы аппарата "Союз ТМА-09М" откроют, Юрчихин передаст факел представителям оргкомитета Олимпийских игр в Сочи.
Экс-глава Роскосмоса Владимир Поповкин (24 июня 2013 года): "Отправка факела Олимпийского огня в открытый космос — беспрецедентное событие в истории как Олимпийского движения, так и мировой космонавтики. Его доставка на орбиту и вынос в открытый космос российскими космонавтами станет новой яркой страницей в космической летописи".
Кому доставалась честь стать олимпийским факелоносцем
В 1928 году сотрудник Амстердамской электроэнергетической компании зажег первый олимпийский огонь в чаше Марафонской башни Олимпийского стадиона в Амстердаме и с тех пор этот ритуал является неотъемлемым атрибутом современных Олимпийских игр. В 1968 году в Мехико мексиканская бегунья чемпионка страны в барьерном беге Кета Басилио стала первой женщиной, которая зажгла олимпийский огонь. В 2004 году она снова приняла участие в олимпийской эстафете. О других факелоносцах —
Участниками эстафеты Игр-2014 становились и сотрудники РИА Новости. Факел несли редактор редакции фотоинформации РИА Новости и координатор национального олимпийского фотопула Олимпийских игр-2014 Юлия Винокурова, исполнительный директор Р-Спорт Дмитрий Тугарин, первый заместитель главного редактора РИА Новости Максим Филимонов и руководитель политической редакции Елена Глушакова.
Что нужно знать желающим посетить Игры в Сочи-2014
- Сколько будет стоить удовольствие лично посетить главное спортивное событие 2014 года —
- Сколько будет стоить проживание в олимпийской столице —
Может ли олимпийский рекордсмен обогнать ВАЗ 2107, перепрыгнуть "Медного всадника" и поднять "Харлей Дэвидсон"?
