اللهب عديم الوزن: كيف تحترق الحرائق

قطرات الوقود تحترق في One-G

قطرة وقود تحترق في واحد G (جاذبية الأرض) ، في مختبر جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو حيث يدرس الطالب الجامعي سام أفيري وفريقه تأثيرات الجاذبية الصغرى على النار. (رصيد الصورة: سام أفيري)



سان دييجو - كيف يمكنك إخماد حريق في محطة فضائية؟ إذا سألت رجل إطفاء على الأرض عن كيفية إطفاء حريق ، فقد يخبرك أن تستهدف قاعدة اللهب. ولكن ماذا لو لم تكن هناك قاعدة؟ ماذا لو كان اللهب عبارة عن كرة كبيرة نابضة من نار شديدة؟



يتم التحقيق في هذه الأسئلة وغيرها من قبل مجموعة من الطلاب الجامعيين هنا في مختبر الجاذبية الصغرى في جامعة كاليفورنيا ، كلية الهندسة في سان دييغو ، حيث يرغب العلماء في فهم طبيعة الحريق ، بدون الجاذبية.

بقيادة سام أفيري طالب الهندسة ، مدير المشروع الطلابي للتجربة ، يسعى العمل إلى تحديد أفضل لكيفية احتراق السوائل القابلة للاحتراق في الفضاء ، وخاصة الوقود الحيوي. [ فيديو: النار في الفضاء - ليس هذا ما تعرفه ]



قال أفيري مؤخرًا في مختبره: 'ذهبت إلى أستاذ اعتقدت أنه لديه بعض الأبحاث المثيرة للاهتمام في احتراق الجاذبية الصغرى ، وسألته عما إذا كان بإمكاني البناء على بحثه للدخول إلى برنامج جامعة الجاذبية الصغرى التابع لوكالة ناسا'. يوفر البرنامج للطلاب الجامعيين فرصًا لإجراء تجارب في الجاذبية الصغرى على متن السفينة الطائرات التي تحلق في مسارات مكافئة التي تخلق فترات قصيرة من انعدام الوزن.

وافق الأستاذ فورمان ويليامز على اقتراح أفيري واقترح استخدام الوقود الحيوي في التجربة ، حيث أكدت وكالة ناسا على استخدام مثل هذا الوقود في العديد من البرامج. قدم Avery الاقتراح في أكتوبر 2012 ، وقبلته وكالة الفضاء.

عرض بالكمبيوتر لتجربة حريق الجاذبية الصغرى بجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو ، بعد ترسيب قطرة الوقود.



عرض بالكمبيوتر لتجربة حريق الجاذبية الصغرى بجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو ، بعد ترسيب قطرة الوقود.(رصيد الصورة: سام أفيري)

وبينما كان أفيري يتحدث ، كان هناك صرخة متفاجئة ونفخة من الدخان خلفه. كان زميله في الهندسة سيمان فرح قد حاول لتوه تشغيل دائرة لإشعال اللهب ، وبعد فحص بقايا الجهد الذائب ، قرر أنه استخدم الكثير من الطاقة والأسلاك الرفيعة للغاية. قال ساخراً: 'أعتقد أننا قد نحتاج إلى سلك أكثر سمكاً'.

تستخدم التجربة حقنتين طبيتين تجاريتين لحقن قطرة من الوقود القابل للاحتراق على سلك صغير معلق بينهما. يعمل السلك المتقاطع على تثبيت القطرة في موضعها بالقرب من شرارة الإشعال. قال فرح: 'لقد جربنا مجموعة من الطرق المختلفة لإشعال السائل واستقرنا في النهاية على عنصر إشعال الشواء التجاري'.



بمجرد اشتعال اللهب ، يريد الباحثون مشاهدة كيفية تطوره في بيئة الجاذبية الصغرى.

قال أفيري: 'سنقوم بتسجيل البيانات المرئية باستخدام كاميرتين: الأولى ستسجل قطر القطرة ، والثانية ستسجل قطر اللهب'. 'ما يتيح لك القيام به هو مقارنة القطرين للحصول على معدل احتراق الوقود.'

احتلت منصة الحقن أقل من ياردة من مساحة الطاولة في مختبر الجامعة المزدحم. كان حول أفيري وفريقه عبارة عن مجموعة سنوات من بقايا الطعام من تجارب أخرى ، بما في ذلك أجزاء الصواريخ ومختلف نماذج الطائرات الصغيرة.

قال جاك جودوين ، عضو فريق الطلاب ، 'معظم هذا ليس من أغراضنا' ، بينما كان يحرك جناح الطائرة المكسور بعيدًا عن طريقه ، مما يفسح المجال لاختبار الآلية.

وقف طالب آخر ، أندرو بيلر ، في مكان قريب ، ناقشًا بشغف تأثيرات الجاذبية مقابل الحمل الحراري مع جودوين. بعد ذلك ، لخص استنتاجاتهم: 'لقد قررنا أن الحمل الحراري يلعب دورًا في سبب تشكل اللهب على شكل دمعة في بيئة واحدة (جاذبية الأرض)' ، كما قال ، مضيفًا أن الهواء الساخن يتشكل حول اللهب وكما يغرق الهواء البارد تحت الجاذبية ، ويتشكل اللهب بشكل غير متساوٍ - وهو أمر لا يحدث في الجاذبية الصغرى. يجب أن يكون مجالًا مثاليًا فيه صفر-ج أو انعدام الوزن.

في ممر قريب ، عمل ثلاثة من زملائه في هيكل كان أكثر إثارة للإعجاب إلى حد ما: مكعب من البلاستيك الشفاف ، بثلاث طبقات من السمك ، سيتم استخدامه لإيواء التجربة. لقد عمل هنري لو ودانيشا كينيون وجوشوا سيو - ثلاثة أعضاء جامعيين آخرين في المشروع - على الصندوق المعقد لعدة أشهر.

فريق تجربة حرائق الجاذبية الصغرى بجامعة كاليفورنيا ، من اليسار: هنري لو ، سام أفيري ، جوش سوي ، سيمان فرح.

فريق تجربة حرائق الجاذبية الصغرى بجامعة كاليفورنيا ، من اليسار: هنري لو ، سام أفيري ، جوش سوي ، سيمان فرح.(رصيد الصورة: سام أفيري)

'أصرت وكالة ناسا على الاحتواء الثلاثي ،' ضحك لو ، 'لذلك قمنا ببناء ثلاثة صناديق منفصلة - واحد داخل الآخر.' كان لكل صندوق من البولي كربونات غطاء خاص به وتم تأمينه بعشرات أو أكثر من المكسرات. كانت الهياكل مؤطرة بألمنيوم قوي.

كان علينا اختبار هذا حتى 900 رطل. من قوة التكسير ، فضلاً عن خصائصه المقاومة للهب ، قال كينيون. لقد نجحت ، ويجب أن تمنع أي فشل كارثي في ​​حالة احتراق مصدر الوقود بطريقة ما دفعة واحدة.

نظرًا لأن التجربة أقرتها وكالة ناسا ، فقد تم منح الطلاب استخدام طائرة التدريب صفر-G التابعة لوكالة الفضاء ، والمعروفة بشكل غير رسمي باسم 'Vomit Comet'. بعد التحضير الأرضي للتجربة في مركز جونسون للفضاء في هيوستن ، سيتحمل الفريق ما يصل إلى 25 فترة انعدام الوزن على متن الطائرة .

وقال أفيري: 'سنقوم برحلتين منفصلتين - واحدة ستضم اثنين من أعضاء فريقنا ، والأخرى ستكون مع المسافرين الثلاثة الباقين'. 'مع الحظ ، ستعمل الآلية بشكل صحيح على كل قوس.'

تتطلع تجربة Avery إلى ما هو أبعد من تحسين السلامة من الحرائق في المحطة الفضائية ، حيث يمكن استخدامها أيضًا لزيادة كفاءة محركات السيارات والشاحنات التي تعمل بالوقود الحيوي هنا على الأرض.

قال أفيري: 'هذه بعض الاستخدامات الشائعة من التجارب السابقة ، وهناك الكثير من التطبيقات الأخرى المثيرة للاهتمام ، بما في ذلك استخدام الوقود الحيوي في الطائرات النفاثة'.

تابع موقع ProfoundSpace.org على Twitter تضمين التغريدة . نحن أيضا على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك و + Google . المقالة الأصلية بتاريخ ProfoundSpace.org .