Ο Προμηθέας θα ήταν τόσο περήφανος. Στο πλαίσιο ενός πειράματος της NASA, οι άνθρωποι έφεραν φωτιά στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) για να δουν τι συμβαίνει με τις φλόγες σε φαινομενικά χαμηλή βαρύτητα. Το πείραμα, το οποίο ονομάζεται Φθορισμός 2 (FLEX-2), στοχεύει να βελτιώσει τις γνώσεις μας για το πώς καίγονται τα διάφορα υγρά καύσιμα και αυτά που παράγουν, ώστε να δημιουργήσουμε καθαρότερους και αποδοτικότερους κινητήρες καύσης.
σχετικό περιεχόμενο
- Πώς οι πυραύλοι ανάβουν τις μηχανές τους στο διάστημα χωρίς οξυγόνο και περισσότερες ερωτήσεις από τους αναγνώστες μας
- Στο διάστημα, οι φλόγες τρέχουν σε τρόπους που κανείς δεν σκέφτηκε ότι είναι δυνατόν
Εγκατεστημένο στον διαστημικό σταθμό το 2009, το FLEX-2 εκμεταλλεύεται τις μοναδικές συνθήκες στο χώρο για να απλοποιήσει τις μελέτες της καύσης. Στην μικροβαρύτητα, το υγρό καύσιμο μπορεί να σχηματίσει σχεδόν τέλεια στρογγυλά σταγονίδια. Όταν αυτές οι σφαίρες αναφλέγονται, η φλόγα καίγεται σε μια μπάλα, δίνοντας στους επιστήμονες καθαρότερη γεωμετρία για τα μοντέλα και τους υπολογισμούς.
Η επίτευξη αυτού του επιπέδου απλότητας, όμως, δεν αποτελούσε καμιά μέση επίθεση, λέει ο C. Thomas Avedisian στο Πανεπιστήμιο Cornell, ο οποίος είναι συν-ερευνητής της ομάδας FLEX-2. "Θα υποστήριζα ότι αυτή είναι η πιο δύσκολη διαμόρφωση καύσης για να δημιουργήσετε υγρό καύσιμο", λέει. "Αυτό το πείραμα χρειάστηκε δεκαετίες για να τελειοποιήσει, να επιστρέψει στα μέσα της δεκαετίας του '80".
Στην πιο πρόσφατη δοκιμαστική πορεία, όπως φαίνεται στο παραπάνω βίντεο, ο θάλαμος FLEX-2 - περίπου το μέγεθος ενός κουτιού ψωμιού στο εσωτερικό - γεμίζει με ένα μείγμα οξυγόνου και αζώτου υπό πίεση που έχει σχεδιαστεί για να προσομοιώνει τον αέρα στην επιφάνεια της Γης. Οι βελόνες διανέμουν ένα σταγόνα 3 χιλιοστών που είναι το μισό ισοοκτάνιο και το ήμισυ επτανίου. Αυτή η χημική ζύμωση χρησιμεύει ως μια απλούστερη στάση για τη βενζίνη, λέει ο Avedisian. Τα δύο υγρά γενικά καίουν με παρόμοιο τρόπο, αλλά η βενζίνη μπορεί να περιέχει τόσες πολλές διαφορετικές ενώσεις, που η συμπεριφορά της είναι πιο δύσκολο να μοντελοποιηθεί.
Δύο βρόχοι σύρμα διεξάγουν ρεύμα για να θερμάνει την πτώση μέχρι να αναφλεγεί, πυροδοτώντας μια λαμπερή μπάλα από μπλε φλόγα που καίγεται σε περίπου 2000 Kelvin. Μην εξαπατήσετε - η καμένη σφαίρα δεν μεταφέρεται ξαφνικά σε ένα αστέρι. Τα φώτα του θαλάμου σβήνουν για να καταστήσουν τη φλόγα πιο εύκολη, αλλά αυτό κάνει τα σημάδια στις εικόνες, που προκαλούνται από μικροσκοπικές ατέλειες στους αισθητήρες βίντεο, πιο εμφανείς. Στη συνέχεια, η σφαίρα της φλόγας αρχίζει να ταλαντεύεται καθώς η καύση πεθαίνει έξω, καθιστώντας το να φαίνεται παλλόμενο μέσα στο θάλαμο σαν μια κολύμβηση με μέδουσες. Τελικά, η σφαίρα ακτινοβολεί τόσο πολύ θερμότητα ώστε η καυτή φλόγα να καίγεται.
Ο Avedisian και η ομάδα του έχουν εκτελέσει αρκετές δοκιμές σαν αυτό, ανακατεύοντας τους τύπους καυσίμων και τα μεγέθη πτώσης για να ελέγξουν για διάφορα εφέ. Είναι σε θέση να ελέγχουν την αρχική ρύθμιση σε πραγματικό χρόνο μέσω μιας ροής βίντεο που κατευθύνεται στο εργαστήριο στο Cornell και στη συνέχεια να παρακολουθήσουν καθώς η αυτοματοποιημένη δοκιμή τρέχει την πορεία της. Η ομάδα του εργαστηρίου διεξάγει επίσης παρόμοια πειράματα στο έδαφος κοιτάζοντας τα σταγονίδια πιο κοντά στο μέγεθος της μικρο-κλίμακας που δημιουργείται καθώς το καύσιμο εισάγεται μέσα σε μια μηχανή αυτοκινήτου. Για να προσομοιώσουν τη χαμηλή βαρύτητα στη Γη, η ομάδα Cornell ρίχνει τα σταγονίδια τους - στέλνουν τις καυτούς σφαίρες μέσα από ένα θάλαμο ελεύθερης πτώσης 25 ποδιών και τις φιλτράρουν στο δρόμο προς τα κάτω.
Τα σταγονίδια που σχηματίζονται στα πειράματα του χώρου επιτρέπουν στην ομάδα να δει τη φυσική καύσης σε μεγαλύτερες κλίμακες και να συγκρίνει τα αποτελέσματα με τις δοκιμές που έγιναν στη Γη. Μια κάπως αινιγματική ανακάλυψη είναι ότι οι σφυγμοί τύπου μέδουσας συμβαίνουν μόνο όταν το σταγονίδιο είναι αρκετά μεγάλο - περίπου 3 χιλιοστά ή και περισσότερο - και δεν συμβαίνουν συνεχώς. "Οι ταλαντώσεις της φλόγας δεν είναι καλά κατανοητές", λέει ο Avedisian.
Τελικά, η μελέτη των αιωρούμενων μπάλες πυρκαγιάς θα μπορούσε να αποκαλύψει τρόπους για να κάνουν τα καύσιμα να καίγονται. "Αυτό που νομίζουμε είναι ότι υπάρχει μια ζώνη καύσης χαμηλής θερμοκρασίας ή" δροσερής φλόγας "- το σταγονίδιο εξακολουθεί να καίει ακόμα κι αν δεν μπορούμε να δούμε τη φλόγα", λέει ο Avedisian. Στη ζώνη αυτή, η φωτιά καίγεται μόνο σε περίπου 600 έως 800 Kelvin.
"Οι κατασκευαστές κινητήρων έχουν μελετήσει τρόπους μείωσης της ρύπανσης που περιλαμβάνουν τη χρήση χημείας δροσερής φλόγας και ότι η χημεία δεν είναι τόσο κατανοητή όσο η χημεία θερμής φλόγας", προσθέτει ο κύριος ερευνητής του FLEX-2 Forman A. Williams στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Σαν Ντιέγκο. «Μελετώντας τις δροσερές φλόγες που βρήκαμε στα πειράματα ISS, ίσως είμαστε σε θέση να κατανοήσουμε καλύτερα τη χημεία που θα μπορούσε να βοηθήσει τους κατασκευαστές κινητήρων στα σχέδιά τους».
