Загадки «космічного» полум'я

Кадр з фільму «Зоряні війни. Епізод IV: Нова надія ».

<

>

Що таке горіння? Це хімічна реакція окислення з виділенням великої кількості тепла і утворенням розжарених продуктів згоряння. Процес горіння може відбуватися тільки при наявності горючої речовини, кисню і за умови, що продукти окислення будуть відводитися із зони горіння.

Подивимося, як влаштована свічка і що саме в ній горить. Свічка - скручений з бавовняних ниток гніт, залитий воском, парафіном або стеарином. Багато хто думає, що горить сам гніт, але це не так. Горить якраз речовина навколо гнота, точніше, його пари. Гніт ж потрібен для того, щоб розплавився від тепла полум'я віск (парафін, стеа-рин) піднімався по його капілярах в зону горіння.

Щоб перевірити це, можна провести невеликий експеримент. Задуйте свічку і тут же піднесіть запалений сірник в точку вище гніту сантиметра на два-три, туди, де піднімаються вгору пари воску. Від сірника вони спалахнуть, після чого вогонь опуститься на гніт і свічка загориться знову (докладніше див. досвід ).

Отже, горюча речовина є. Кисню в повітрі теж цілком достатньо. А як бути з відводом продуктів згоряння? На землі з цим проблем немає. Повітря, нагріте теплом полум'я свічки, стає менш щільним, ніж навколишній холодний, і піднімається вгору разом з продуктами згорання (вони утворюють язичок полум'я). Якщо ж продукти згоряння, а це вуглекислий газ CO2 і пари води, залишаться в зоні реакції, горіння швидко припиниться. Переконатися в цьому легко: поставте палаючу свічку у високу склянку - вона згасне.

А тепер подумаємо, що ж станеться зі свічкою на космічній станції, де всі предмети знаходяться в стані невагомості. Різниця в щільності гарячого і холодного повітря вже не буде викликати природну конвекцію, і через нетривалий час в зоні горіння не залишиться кисню. Зате утвориться надлишок окису вуглецю (чадного газу) CO. Однак ще кілька хвилин свічка буде горіти, а полум'я придбає форму кулі, навколишнього гніт.

Не менш цікаво дізнатися, якого кольору буде полум'я свічки на космічній станції. На землі в ньому переважає жовтий відтінок, обумовлений світінням розпечених частинок сажі. Зазвичай вогонь горить при температурі 1227-1721оС. У невагомості ж було помічено, що в міру вичерпання горючої речовини починається «холодну» горіння при температурі 227-527оС. У цих умовах суміш граничних вуглеводнів в складі воску виділяє водень Н2, який надає полум'я блакитний відтінок.

А запалював чи хто-небудь справжні свічки в космосі? Виявляється, запалювали - на орбіті. Вперше це було зроблено в 1992 році в експериментальному модулі космічного корабля «Spece Shattle», потім в космічному кораблі NASA «Колумбія», в 1996 році досвід повторили на станції «Мир». Звичайно, цією роботою займалися не з простої цікавості, а для того, щоб зрозуміти, до яких наслідків може призвести пожежа на борту станції і як з ним боротися.

З жовтня 2008-го по травень 2012 року подібні експерименти проводилися за проектом NASA на Міжнародній космічній станції. На цей раз космонавти досліджували горючі речовини в ізольованій камері при різних тисках і різному вмісті кисню. Тоді і було встановлено «холодну» горіння при низьких температурах.

Нагадаємо, що продукти згоряння на землі - це, як правило, вуглекислий газ і пари води. У невагомості ж, в умовах горіння при низьких температурах, виділяються високотоксичні речовини, в основному чадний газ і формальдегід.

Дослідники продовжують вивчати горіння в невагомості. Можливо, результати цих експериментів ляжуть в основу розробки нових технологій, адже майже все, що робиться для космосу, через деякий час знаходить застосування на землі.

Тепер ми розуміємо, що режисер Джордж Лукас, який зняв «Зоряні війни», все-таки сильно помилився, зображуючи апокаліптичний вибух космічної станції. Насправді вибухнула станція буде виглядати як коротка яскравий спалах. Після неї залишиться величезний блакитний куля, який дуже швидко згасне. А якщо раптом на станції щось загориться по-справжньому, потрібно без зволікання автоматично відключити штучну циркуляцію повітря. І тоді пожежа не трапиться.

***

Віск - непрозора, жирна на дотик, тверда маса, яка плавиться при нагріванні. Складається зі складних ефірів жирних кислот рослинного і тваринного походження.

Парафін - воскоподобние суміш насичених вуглеводнів.

Стеарин - воскоподобние суміш стеаринової і пальмітинової кислот з домішкою інших насичених і ненасичених жирних кислот.

Природна конвекція - процес теплопередачі, обумовлений циркуляцією повітряних мас при їх нерівномірному нагріванні в поле тяжіння. Коли нижні шари нагріваються, вони стають легше і піднімаються, а верхні шари, навпаки, остигають, стають важчими і опускаються вниз, після чого процес повторюється знову і знову.