Ученые провели в космосе управляемый пожар. Как горит огонь в невесомости
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.
НАСА играет с огнем на Международной космической станции, причем буквально.
Эксперимент «Флекс» проводится с марта 2009 года. Его цель состоит в том, чтобы лучше понять, как ведет себя огонь в микрогравитации. Результаты исследования могут подтолкнуть ученых к созданию улучшенных систем тушения огня на борту будущих космических кораблей.
Огонь в космосе горит иначе, чем на Земле. Когда огонь горит на Земле, он нагревает газы и «выбрасывает» продукты сгорания. В микрогравитации горячие газы не появляются. Таким образом, в космосе это совершенно другой процесс.
"В космосе пламя тянет к себе кислород в 100 раз медленнее, чем на Земле", - говорят исследователи.
Космический огонь может также гореть при более низкой температуре и с меньшим количеством кислорода.
Чтобы изучить поведение огня в космосе, ученые проекта «Флекс» зажигают каплю гептана или метанола на специальном приспособлении. Капелька загорается, ее охватывает сферическое пламя, и камеры делают запись всего процесса.
В процессе горения исследователи наблюдали некоторые неожиданные явления.
"К настоящему времени самая удивительная вещь, которую мы наблюдали, это продолжение горения капель гептана после исчезновения пламени. Мы еще не поняли, почему так происходит".
"На сегодняшний день еще много чего не понятно в процессе горения в космосе. Мы будем над этим работать".
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"?
На околоземной орбите случился самый крупный в истории космонавтики пожар. Возгорание началось в грузовом корабле Cygnus, который накануне отстыковался от Международной космической станции. Пожар, правда, этот - учебный, а точнее - экспериментальный, а провести его ученые задумали давно, установка для этого эксперимента была запущена вместе с кораблем еще в марте этого года.
Источником огня стала раскаленная проволока, которая подожгла большой кусок материи из хлопка и стекловолокна размером 1 м на 40 см. Горящая тряпка не опасна - она горела в специальном двухкамерном контейнере. Одна камера содержала материалы, которые, собственно, и должны были гореть, во второй находилась аппаратура для контроля и слежения за рукотворным пожаром - различные датчики и камеры высокого разрешения.
Необычный эксперимент ставился для того, чтобы лучше понять механизмы распространения огня в условиях невесомости. Это поможет защитить будущих астронавтов во время длительных космических командировок, поскольку угроза возникновения открытого огня - один из главных рисков пребывания астронавтов в космических кораблях.
Самым известным пожаром в истории пилотируемой космонавтики стало возгорание, которое случилось на борту станции "Мир" 23 февраля 1997 года. Пожар возник в результате неисправности кислородной шашки регенерации атмосферы, когда на борту находился международный экипаж из шести человек.
Тогда возгорание удалось ликвидировать, а членам экипажа пришлось надеть противогазы.
"Огонь в отсеке вызывает серьезную озабоченность в NASA", - пояснил руководитель эксперимента Гарри Рафф.
Эксперимент Spacecraft fire Experiment, или Saffire-1, станет крупнейшим пожаром в космосе, однако далеко не первым. В прошлых опытах ученые также экспериментировали с открытым горением, но тогда размеры открытого пламени не превышали размеров пластиковой карточки.
Понять и экспериментально выяснить, как происходит открытое горение в невесомости, ученые пытаются не одно десятилетие. За последние годы на орбите было проведено множество экспериментов по изучению формы и температуры пламени при горении разных веществ.
Однако проведению масштабных экспериментов в условиях МКС мешает наличие экипажа, поэтому в NASA пришли к идее учинить пожар в отстыкованном изолированном корабле.
Сам эксперимент продлится примерно два часа, в это время ученые будут наблюдать за ростом пламени, ростом температуры и тем, как ограниченность кислорода в окружающем воздухе влияет на распространение огня. Поджог повторится два раза - при разных скоростях воздуха, пропускаемого через горящий материал.
Сначала ткань собирались поджечь с одной стороны, затем с другого края, чтобы огонь шел против направления движения воздуха. "Эксперимент Saffire нужен для лучшего понимания того, как огонь ведет себя в космосе, что поможет NASA разработать новые материалы, технологии и процедуры для уменьшения риска жизни экипажа и безопасности космических полетов", - добавил Рафф. По предварительным данным, эксперимент удался, видеокадры с устроенным пожаром в NASA обещают вскоре обнародовать.
После управляемого пожара инженеры NASA не хотят останавливаться и продолжат жечь.
Два аналогичных эксперимента будут проведены до конца года в рамках миссий OA-5 и OA-7. В ходе этих экспериментов поджигаться будут материалы, обычно используемые в космосе, - плексиглас для иллюминаторов, одежда астронавтов и другие. А корабль Cygnus, на котором прошел сегодняшний пожар, 22 июня сойдет с орбиты и сгорит в атмосфере.
Второй день в Москве проходит эстафета олимпийского огня, прибывшего в воскресенье из Афин.
Придумали олимпийский факел на Красноярском машиностроительном заводе. В производстве использовали все новейшие разработки. Нихромовая проволока внутри системы горения факела позволяет воспламеняться газу в случае, если огонь вдруг потухнет, и обеспечивает стабильное пламя даже в плохую погоду. К слову, потухнуть факел может разве что от случайного порыва ветра.
Не потухнет ли огонь в космосе?
Как и обещали, перед Играми факел действительно попадет в открытый космос. Но гореть у него, к сожалению, не получится: согласно мерам безопасности открытый огонь на МКС запрещен. В плане отсыла факела в космос новаторами нам стать не удастся: подобное проделывали в 1996-м перед Играми в Атланте. Однако в открытом космосе символ Игр-2014 еще не был.
На землю частичку Олимпиады вернет космонавт Федор Юрчихин. Более того, именно тот факел, который прилетит из космоса, завершит эстафету: от него зажгут чашу с огнем в Сочи.
Гас ли когда-нибудь факел?
Хотя в факеле газ, он гас и не раз. Олимпийский огонь не вечный, а потому случаев, когда он гас, известно несколько. Больше всего проблем было перед Олимпиадой в Пекине. Огонь тушили защитники окружающей среды в Париже и сильные дожди в Японии, встречный ветер, вызванный высокой скоростью бегунов в Наньцзине, и странные обстоятельства на Тибете. Причину затухания там не могут установить до сих пор.
Перед лондонскими Играми причины, напротив, были очевидными: факел не смогли сохранить во время рафтинга, виной стали сильный ветер и брызги. Разжигать приходилось подручными средствами. В ближайшие несколько месяцев оценим, каковы россияне в играх с огнем.
Со скольких лет можно стать факелоносцем?
Поскольку детям играть с огнем строжайше запрещают, в факелоносцы всех, кто младше 14 лет, не берут. Зато максимальный возраст никак не ограничен. В нынешней эстафете самым старшим, например, станет знаменитый актер 98-летний Владимир Зельдин.
Всегда ли движется факел?
Совсем нет. На пути эстафеты предусмотрено большое количество технических остановок. Запасов газа в факеле хватает на 15 минут, поэтому огонь будет помещаться в специальную лампаду, к которой приставлен человек особой должности - хранитель огня.
Ночью огонь также будет храниться в подобных лампадках, однако некоторые этапы эстафеты рассчитаны на позднее время суток, и даже сама конструкция факела предусматривает это. Рифленая поверхность обеспечивает лучшее рассеивание света от огня.
