В умовах невагомості багато фізичні процеси протікають інакше, ніж на Землі, і горіння не виняток. Полум'я в невагомості поводиться абсолютно по-іншому, купуючи сферичну форму. На фото - горіння крапельки етилену на повітрі в умовах мікрогравітації. Цей знімок зроблений під час експерименту з вивчення фізики горіння в спеціальній 30-метрової вежі (2.2-Second Drop Tower) Дослідницького центру імені Джона Гленна (Glenn Research Center), створеної для відтворення умов мікрогравітації при вільному падінні. Багато експерименти, які потім були поставлені на космічних апаратах, проходили попереднє тестування в цій вежі, тому її називають «воротами в космос» ( "a gateway to space").
Горіння краплі гептана в невагомості. Фото з сайту nasa.gov
Куляста форма полум'я пояснюється тим, що в умовах невагомості немає висхідного руху повітря і не відбувається конвекція теплих і холодних його верств, яка на Землі «витягує» полум'я в форму краплі. Полум'я для горіння не вистачає припливу свіжого повітря, що містить кисень, і воно виходить менше і не таке гаряче. Звичний для нас на Землі жовто-оранжевий колір полум'я викликаний світінням частинок сажі, які піднімаються вгору з гарячим потоком повітря. У невагомості ж полум'я набуває блакитного кольору, тому що сажі утворюється мало (для цього потрібна температура понад 1000 ° С), та й та сажа, що є, з-за більш низької температури буде світитися тільки в інфрачервоному діапазоні. На верхньому фото в полум'я ще присутній жовто-оранжевий колір, оскільки знята рання стадія займання, коли кисню ще досить.
Зліва - горіння свічок в невагомості в ході експерименту «Горіння і гасіння твердих тіл» (Burning and Suppression of Solids. BASS) на МКС. Праворуч - полум'я свічки в умовах Землі. Фото з сайту nasa.gov
Дослідження горіння в умовах невагомості особливо важливі для забезпечення безпеки космічних апаратів. Експерименти з придушення вогню (Flame Extinguishment Experiment. FLEX) вже кілька років проводять в спеціальному відсіку на борту МКС. Дослідники запалюють невеликі краплі палива (наприклад, гептана і метанолу) в контрольованій атмосфері. Маленька кулька палива горить приблизно 20 секунд, оточений сферою вогню діаметром 2,5-4 мм, після чого крапля зменшується поки або не згасне полум'я, або не скінчиться паливо. Найнесподіванішим результатом виявилося те, що крапля гептана після видимого згоряння перейшла в так звану «холодну фазу» - полум'я стало настільки слабким, що його неможливо було побачити. І все ж це було горіння: вогонь міг моментально спалахнути при взаємодії з киснем або паливом.
Експеримент FLEX-2 в дії: горіння краплі гептана в невагомості
Як пояснюють дослідники, при звичайному горінні температура полум'я коливається між 1227 ° С і 1727 ° С - при цій температурі в експерименті і був видимий вогонь. У міру згоряння палива починалося «холодну горіння»: полум'я остигало до 227-527 ° С і виробляє не сажу, вуглекислий газ і воду, а більш токсичні матеріали - формальдегід і монооксид вуглецю. В ході експерименту FLEX також підбирали найменш вогненебезпечну атмосферу на основі вуглекислого газу і гелію, що допоможе в майбутньому знизити ризик загоряння космічних апаратів.
Про горінні і полум'я на Землі і в невагомості см. Також:
Костянтин Богданов «Де собака заритий?» - «5. Що таке вогонь? ».