Eksperimen FLEX, yang dilakukan di Stasiun Luar Angkasa Internasional, memberikan hasil yang tidak terduga - nyala api terbuka tidak berperilaku sama sekali seperti yang diharapkan para ilmuwan.

Seperti yang dikatakan beberapa ilmuwan, api adalah eksperimen kimia tertua dan tersukses umat manusia. Memang, api selalu menyertai umat manusia: dari api pertama yang menggoreng daging, hingga nyala mesin roket yang mengantarkan manusia ke bulan. Pada umumnya, api adalah simbol dan instrumen kemajuan peradaban kita.

Perbedaan antara nyala api di Bumi (kiri) dan di gravitasi nol (kanan) sangat jelas. Dengan satu atau lain cara, umat manusia kembali harus menguasai api - kali ini di luar angkasa.

Forman A. Williams, profesor fisika di University of California, San Diego, telah lama meneliti api. Biasanya api adalah proses kompleks dari ribuan reaksi kimia yang saling terkait. Misalnya, dalam nyala lilin, molekul hidrokarbon menguap dari sumbu, dipecah oleh panas, dan bergabung dengan oksigen untuk menghasilkan cahaya, panas, CO2, dan air. Beberapa fragmen hidrokarbon dalam bentuk molekul berbentuk cincin, yang disebut hidrokarbon aromatik polisiklik, membentuk jelaga, yang juga dapat terbakar atau berubah menjadi asap. Bentuk titik air mata yang familiar dari nyala lilin diciptakan oleh gravitasi dan konveksi: udara panas naik dan menarik udara dingin segar ke dalam nyala api, menyebabkan nyala api naik.

Tetapi ternyata dalam keadaan tanpa bobot semuanya terjadi secara berbeda. Dalam percobaan yang disebut FLEX, para ilmuwan mempelajari kebakaran di ISS untuk mengembangkan teknologi pemadam kebakaran di gravitasi nol. Para peneliti menyalakan gelembung kecil heptana di dalam ruang khusus dan mengamati bagaimana nyala api berperilaku.

Para ilmuwan dihadapkan pada fenomena aneh. Dalam gayaberat mikro, nyala api menyala secara berbeda; itu membentuk bola-bola kecil. Fenomena ini diduga karena, tidak seperti api di Bumi, dalam gravitasi nol, oksigen dan bahan bakar bertemu dalam lapisan tipis di permukaan bola.Ini adalah sirkuit sederhana yang berbeda dari api di Bumi. Namun, keanehan ditemukan: para ilmuwan mengamati kelanjutan pembakaran bola api bahkan setelah, menurut semua perhitungan, pembakaran seharusnya berhenti. Pada saat yang sama, api masuk ke apa yang disebut fase dingin - apinya sangat lemah, sedemikian rupa sehingga nyala api tidak terlihat. Namun, itu adalah pembakaran, dan nyala api bisa langsung menyala dengan kekuatan besar saat bersentuhan dengan bahan bakar dan oksigen.

Api yang biasanya terlihat menyala pada suhu tinggi antara 1227 dan 1727 derajat Celcius. Gelembung heptana di ISS juga menyala terang pada suhu ini, tetapi ketika bahan bakar habis dan didinginkan, pembakaran yang sama sekali berbeda dimulai - dingin. Itu terjadi pada suhu yang relatif rendah 227-527 derajat Celcius dan tidak menghasilkan jelaga, CO2 dan air, tetapi karbon monoksida dan formaldehida yang lebih beracun.

Jenis api dingin yang serupa telah direproduksi di laboratorium di Bumi, tetapi di bawah kondisi gravitasi, api seperti itu sendiri tidak stabil dan selalu cepat padam. Namun, di ISS, nyala api dingin dapat terus menyala selama beberapa menit. Ini bukan penemuan yang sangat menyenangkan, karena api dingin menimbulkan bahaya yang meningkat: api lebih mudah menyala, termasuk secara spontan, lebih sulit dideteksi, dan, terlebih lagi, melepaskan lebih banyak zat beracun. Di sisi lain, penemuan ini mungkin menemukan aplikasi praktis, misalnya, dalam teknologi HCCI, yang melibatkan penyalaan bahan bakar di mesin bensin bukan dari lilin, tetapi dari nyala api yang dingin.

Bagaimana api menyala dalam keadaan tanpa bobot? Apa itu pembakaran? Ini adalah reaksi oksidasi kimia dengan pelepasan sejumlah besar panas dan pembentukan produk pembakaran panas. Proses pembakaran hanya dapat terjadi dengan adanya zat yang mudah terbakar, oksigen, dan dengan syarat bahwa produk oksidasi dikeluarkan dari zona pembakaran. Mari kita lihat bagaimana lilin diatur dan apa yang sebenarnya terbakar di dalamnya. Lilin - sumbu yang dipilin dari benang kapas, diisi dengan lilin, parafin atau stearin. Banyak orang berpikir bahwa sumbu itu sendiri terbakar, tetapi tidak demikian. Hanya zat di sekitar sumbu yang terbakar, atau lebih tepatnya, pasangannya. Sumbu diperlukan agar lilin (parafin, stearin) yang meleleh dari panas nyala api naik melalui kapilernya ke zona pembakaran. Untuk mengujinya, Anda bisa melakukan sedikit eksperimen. Tiup lilin dan segera bawa korek api ke titik dua atau tiga sentimeter di atas sumbu, tempat uap lilin naik. Dari korek api, mereka akan menyala, setelah itu api akan jatuh pada sumbu dan lilin akan menyala lagi. Jadi, ada zat yang mudah terbakar. Ada juga oksigen yang cukup di udara. Dan bagaimana dengan pembuangan produk pembakaran? Tidak ada masalah dengan ini di bumi. Udara yang dipanaskan oleh panas nyala lilin menjadi kurang padat daripada dingin di sekitarnya, dan naik bersama dengan produk pembakaran (mereka membentuk lidah api). Jika produk pembakaran, dan ini adalah karbon dioksida CO2 dan uap air, tetap berada di zona reaksi, pembakaran akan berhenti dengan cepat. Sangat mudah untuk memverifikasi ini: masukkan lilin yang menyala ke dalam gelas tinggi - itu akan padam. Dan sekarang mari kita pikirkan apa yang akan terjadi pada lilin di stasiun luar angkasa, di mana semua benda berada dalam keadaan tanpa bobot. Perbedaan densitas udara panas dan dingin tidak akan lagi menyebabkan konveksi alami, dan dalam waktu singkat tidak akan ada oksigen yang tersisa di zona pembakaran. Tetapi kelebihan karbon monoksida (karbon monoksida) CO terbentuk. Namun, selama beberapa menit lagi lilin akan menyala, dan nyala api akan berbentuk bola yang mengelilingi sumbu. Sama menariknya untuk mengetahui warna nyala lilin di stasiun luar angkasa. Di tanah, itu didominasi oleh rona kuning karena pancaran partikel jelaga panas. Biasanya api menyala pada suhu 1227-1721oC. Dalam keadaan tanpa bobot, diperhatikan bahwa ketika zat yang mudah terbakar habis, pembakaran "dingin" dimulai pada suhu 227-527 ° C. Dalam kondisi ini, campuran hidrokarbon jenuh dalam komposisi lilin melepaskan hidrogen H2, yang memberi nyala api warna kebiruan. Adakah yang menyalakan lilin sungguhan di luar angkasa? Ternyata mereka menyalakannya - di orbit. Ini pertama kali dilakukan pada tahun 1992 dalam modul eksperimental pesawat ruang angkasa Spece Shuttle, kemudian di pesawat ruang angkasa NASA Columbia, dan pada tahun 1996 percobaan diulangi di stasiun Mir. Tentu saja, pekerjaan ini dilakukan bukan karena rasa ingin tahu yang sederhana, tetapi untuk memahami konsekuensi apa yang dapat ditimbulkan oleh kebakaran di stasiun dan bagaimana menanganinya. Dari Oktober 2008 hingga Mei 2012, eksperimen serupa dilakukan di bawah proyek NASA di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Kali ini, para kosmonot memeriksa zat yang mudah terbakar di ruang terisolasi pada tekanan berbeda dan kandungan oksigen berbeda. Kemudian pembakaran "dingin" pada suhu rendah dilakukan. Ingatlah bahwa produk pembakaran di bumi, sebagai suatu peraturan, adalah karbon dioksida dan uap air. Dalam keadaan tanpa bobot, dalam kondisi pembakaran pada suhu rendah, zat yang sangat beracun dilepaskan, terutama karbon monoksida dan formaldehida. Para peneliti terus mempelajari pembakaran dalam gravitasi nol. Mungkin hasil eksperimen ini akan menjadi dasar pengembangan teknologi baru, karena hampir semua yang dilakukan untuk ruang angkasa, setelah beberapa waktu, menemukan penerapannya di bumi.

Banyak proses fisik berlangsung secara berbeda dari di Bumi, dan pembakaran tidak terkecuali. Nyala api dalam keadaan tanpa bobot berperilaku sangat berbeda, memperoleh bentuk bola. Dalam foto - pembakaran tetesan etilen di udara dalam kondisi gayaberat mikro. Gambar ini diambil selama percobaan untuk mempelajari fisika pembakaran di menara khusus setinggi 30 meter (Menara Jatuhkan 2,2 Detik) di Pusat Penelitian John Glenn, yang dirancang untuk mensimulasikan kondisi gayaberat mikro jatuh bebas. Banyak eksperimen yang kemudian dilakukan pada pesawat ruang angkasa yang telah diuji sebelumnya di menara ini, itulah sebabnya menara ini disebut "gerbang ke luar angkasa".

Bentuk bola api dijelaskan oleh fakta bahwa dalam kondisi tanpa bobot tidak ada pergerakan udara ke atas dan tidak ada konveksi lapisan hangat dan dinginnya, yang di Bumi "menarik" nyala api ke dalam bentuk setetes. Nyala api kekurangan pasokan udara segar yang mengandung oksigen untuk membakar, dan lebih kecil dan tidak sepanas itu. Warna api kuning-oranye, yang akrab bagi kita di Bumi, disebabkan oleh pancaran partikel jelaga yang naik bersama aliran udara panas. Dalam keadaan tanpa bobot, nyala api memperoleh warna biru, karena sedikit jelaga yang terbentuk (ini membutuhkan suhu lebih dari 1000 ° C), dan bahkan jelaga, karena suhu yang lebih rendah, hanya akan bersinar dalam kisaran inframerah. Di foto atas, masih ada warna kuning-oranye di nyala api, sejak tahap awal penyalaan difilmkan, ketika oksigen masih cukup.

Studi pembakaran dalam kondisi tanpa bobot sangat penting untuk memastikan keamanan pesawat ruang angkasa. Eksperimen pemadaman kebakaran (Flame Extinguishment Experiment, FLEX) telah dilakukan selama beberapa tahun di kompartemen khusus di ISS. Para peneliti menyalakan tetesan kecil bahan bakar (seperti heptana dan metanol) di atmosfer yang terkendali. Sebuah bola kecil bahan bakar terbakar selama kurang lebih 20 detik, dikelilingi oleh bola api berdiameter 2,5–4 mm, setelah itu tetesannya menyusut sampai nyala api padam atau bahan bakar habis. Hasil yang paling tidak terduga adalah bahwa setetes heptana, setelah pembakaran yang terlihat, masuk ke dalam apa yang disebut "fase dingin" - nyala api menjadi sangat lemah sehingga tidak dapat dilihat. Namun itu adalah pembakaran: api bisa langsung menyala ketika berinteraksi dengan oksigen atau bahan bakar.

Seperti yang dijelaskan para peneliti, selama pembakaran normal, suhu nyala api berfluktuasi antara 1227 ° C dan 1727 ° C - pada suhu ini dalam percobaan ada api yang terlihat. Saat bahan bakar terbakar, "pembakaran dingin" dimulai: nyala didinginkan hingga 227-527 ° C dan tidak menghasilkan jelaga, karbon dioksida dan air, tetapi lebih banyak bahan beracun - formaldehida dan karbon monoksida. Selama percobaan FLEX, mereka juga memilih atmosfer yang paling tidak mudah terbakar berdasarkan karbon dioksida dan helium, yang akan membantu mengurangi risiko kebakaran pesawat ruang angkasa di masa depan.

Untuk pembakaran dan nyala api di Bumi dan tanpa bobot, lihat juga:
Konstantin Bogdanov "Di mana anjing itu dikuburkan?" - "5. Apa itu api? .

Janash Bannikov

Api muncul ketika ada tiga komponen. Pertama, bahan bakar berupa kayu, kertas, alkohol, gas, dll. Kedua, oksigen diperlukan, yang berinteraksi dengan bahan bakar; sebagai hasil dari pembakaran, oksigen bereaksi dengan bahan bakar. Komponen ketiga yang diperlukan adalah panas. Hanya bahan bakar yang dipanaskan sampai suhu tertentu yang akan terbakar di udara.

Ilmuwan Amerika dari Universitas Harvard telah menemukan bahwa medan listrik dapat memadamkan api. Serangkaian percobaan menunjukkan bahwa untuk memadamkan api, cukup dengan mengarahkan elektroda yang terhubung ke amplifier dengan daya 600 watt ke api. Berdasarkan instalasi ini, direncanakan untuk membuat alat pemadam api listrik.

Apa sebenarnya udara itu, para ilmuwan memahaminya dengan mempelajari proses pembakaran. Jauh sebelum dia, terbukti bahwa pembakaran hanya mungkin terjadi dengan adanya udara. Tapi apa yang terjadi pada udara selama pembakaran?Mencoba menjawab pertanyaan ini, Scheele mulai melakukan eksperimen dengan pembakaran berbagai zat dalam wadah tertutup rapat.

Pencairan gas adalah perubahan wujud gas menjadi cair. Ini dapat diproduksi dengan mengompresi gas (meningkatkan tekanan) dan secara bersamaan mendinginkannya.

Selain berbagai masalah yang terkait langsung dengan pengiriman, serta keamanan, masalah tradisional terus muncul - Anda harus menyingkirkan pohon Natal ketika astronot mulai menemukan banyak jarum di kantong tidur mereka yang dapat terbang ke sana, karena ada objek fisik di stasiun ruang angkasa interorbital, fenomena seperti tanpa bobot.

Marina Pozdnyakova

Banyak dari mereka yang menonton film kultus Amerika "Star Wars" masih ingat tembakan yang mengesankan dengan ledakan, api, puing-puing yang terbakar terbang ke segala arah ... Bisakah adegan mengerikan seperti itu terulang di ruang nyata? Di ruang yang benar-benar tanpa udara? Untuk menjawab pertanyaan ini, mari kita coba mencari tahu sebagai permulaan bagaimana lilin biasa akan menyala di stasiun luar angkasa.

Apa itu pembakaran? Ini adalah reaksi oksidasi kimia dengan pelepasan sejumlah besar panas dan pembentukan produk pembakaran panas. Proses pembakaran hanya dapat terjadi dengan adanya zat yang mudah terbakar, oksigen, dan dengan syarat bahwa produk oksidasi dikeluarkan dari zona pembakaran.

Mari kita lihat bagaimana lilin diatur dan apa yang sebenarnya terbakar di dalamnya. Lilin - sumbu yang dipilin dari benang kapas, diisi dengan lilin, parafin atau stearin. Banyak orang berpikir bahwa sumbu itu sendiri terbakar, tetapi tidak demikian. Hanya zat di sekitar sumbu yang terbakar, atau lebih tepatnya, pasangannya. Sumbu diperlukan agar lilin (parafin, stearin) yang meleleh dari panas nyala api naik melalui kapilernya ke zona pembakaran.

Untuk mengujinya, Anda bisa melakukan sedikit eksperimen. Tiup lilin dan segera bawa korek api ke titik dua atau tiga sentimeter di atas sumbu, tempat uap lilin naik. Mereka akan menyala dari korek api, setelah itu api akan jatuh pada sumbu dan lilin akan menyala lagi (lihat untuk lebih jelasnya).

Jadi, ada zat yang mudah terbakar. Ada juga oksigen yang cukup di udara. Dan bagaimana dengan pembuangan produk pembakaran? Tidak ada masalah dengan ini di bumi. Udara yang dipanaskan oleh panas nyala lilin menjadi kurang padat daripada dingin di sekitarnya, dan naik bersama dengan produk pembakaran (mereka membentuk lidah api). Jika produk pembakaran, dan ini adalah karbon dioksida CO2 dan uap air, tetap berada di zona reaksi, pembakaran akan berhenti dengan cepat. Sangat mudah untuk memverifikasi ini: masukkan lilin yang menyala ke dalam gelas tinggi - itu akan padam.

Dan sekarang mari kita pikirkan apa yang akan terjadi pada lilin di stasiun luar angkasa, di mana semua benda berada dalam keadaan tanpa bobot. Perbedaan densitas udara panas dan dingin tidak akan lagi menyebabkan konveksi alami, dan dalam waktu singkat tidak akan ada oksigen yang tersisa di zona pembakaran. Tetapi kelebihan karbon monoksida (karbon monoksida) CO terbentuk. Namun, selama beberapa menit lagi lilin akan menyala, dan nyala api akan berbentuk bola yang mengelilingi sumbu.

Sama menariknya untuk mengetahui warna nyala lilin di stasiun luar angkasa. Di tanah, itu didominasi oleh rona kuning karena pancaran partikel jelaga panas. Biasanya, api menyala pada suhu 1227-1721 o C. Dalam keadaan tanpa bobot, terlihat bahwa ketika zat yang mudah terbakar habis, pembakaran "dingin" dimulai pada suhu 227-527 o C. Dalam kondisi ini, campuran hidrokarbon jenuh dalam lilin melepaskan hidrogen H 2, yang memberikan nyala warna kebiruan.

Adakah yang menyalakan lilin sungguhan di luar angkasa? Ternyata mereka menyalakannya - di orbit. Ini pertama kali dilakukan pada tahun 1992 dalam modul eksperimental pesawat ruang angkasa Spece Shuttle, kemudian di pesawat ruang angkasa NASA Columbia, dan pada tahun 1996 percobaan diulangi di stasiun Mir. Tentu saja, pekerjaan ini dilakukan bukan karena rasa ingin tahu yang sederhana, tetapi untuk memahami konsekuensi apa yang dapat ditimbulkan oleh kebakaran di stasiun dan bagaimana menanganinya.

Dari Oktober 2008 hingga Mei 2012, eksperimen serupa dilakukan di bawah proyek NASA di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Kali ini, para kosmonot memeriksa zat yang mudah terbakar di ruang terisolasi pada tekanan berbeda dan kandungan oksigen berbeda. Kemudian pembakaran "dingin" pada suhu rendah dilakukan.

Ingatlah bahwa produk pembakaran di bumi, sebagai suatu peraturan, adalah karbon dioksida dan uap air. Dalam keadaan tanpa bobot, dalam kondisi pembakaran pada suhu rendah, zat yang sangat beracun dilepaskan, terutama karbon monoksida dan formaldehida.

Para peneliti terus mempelajari pembakaran dalam gravitasi nol. Mungkin hasil eksperimen ini akan menjadi dasar pengembangan teknologi baru, karena hampir semua yang dilakukan untuk ruang angkasa, setelah beberapa waktu, menemukan penerapannya di bumi.

Sekarang kita mengerti bahwa sutradara George Lucas, yang mengarahkan Star Wars, masih melakukan kesalahan besar dalam menggambarkan ledakan apokaliptik stasiun luar angkasa. Faktanya, stasiun yang meledak akan terlihat seperti kilatan cahaya yang singkat. Setelah itu, bola kebiruan besar akan tetap ada, yang akan keluar dengan sangat cepat. Dan jika tiba-tiba sesuatu benar-benar terbakar di stasiun, Anda harus secara otomatis mematikan sirkulasi udara buatan tanpa penundaan. Dan kemudian api tidak akan terjadi.

Lilin- buram, berminyak saat disentuh, massa padat yang meleleh saat dipanaskan. Terdiri dari ester asam lemak nabati dan hewani.

Parafin- campuran seperti lilin dari hidrokarbon jenuh.

Stearin- campuran asam stearat dan palmitat seperti lilin dengan campuran asam lemak jenuh dan tak jenuh lainnya.

konveksi alami- proses perpindahan panas karena sirkulasi massa udara selama pemanasan yang tidak merata di medan gravitasi. Ketika lapisan bawah dipanaskan, mereka menjadi lebih ringan dan naik, sedangkan lapisan atas, sebaliknya, mendingin, menjadi lebih berat dan tenggelam, setelah itu prosesnya berulang-ulang.