거대한 불덩어리: 우주에서 불꽃이 어떻게 행동하는가

그것이 인류의 가장 오래된 도구 중 하나라는 점을 고려하면 우리가 불에 대해 알아야 할 모든 것을 알고 있다고 생각할 수도 있습니다. 그리고 물론 우리는 많은 것을 알고 있습니다. 불꽃 바닥 근처의 뜨거운 공기가 상승하면 중력이 불꽃을 대체하기 위해 더 차갑고 밀도가 높은 공기를 끌어당깁니다. 신선한 산소를 제공하고 화염에 특유의 눈물방울 모양을 부여하는 것은 바로 이러한 공기 순환입니다.

그러나 우주비행사가 궤도에 있는 동안 경험하는 것과 같은 미세중력 환경에서는 모든 것이 실패합니다. 여기에서는 뜨거운 공기가 여전히 바깥쪽으로 팽창하지만 "위로 향하는" 부분이 없기 때문에 위로 이동하지는 않습니다. 대신, 우주의 화재는 우연히 우연히 발견된 무작위 산소 분자에 의해서만 발생합니다.

이는 분자 확산이라고 불리는 과정으로, 여러 가지 면에서 지구의 화염과는 다른 구형 화염을 생성합니다. 그들은 훨씬 더 느리게 그리고 더 오랜 시간 동안 연소할 뿐만 아니라 더 적은 양의 산소로 생존하고 화씨 900도 미만(대부분의 지상 불꽃이 발산하는 열의 일부)에서 작동합니다.

그럼에도 불구하고, 미세중력에서 불이 어떻게 작동하는지에 대해 과학자들이 아직도 이해하지 못하는 부분이 많습니다. 특정 물질은 다른 물질보다 가연성이 더 높습니까? 악성 불꽃을 진압하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까?

이러한 질문은 이미 국제 우주 정거장(ISS)에 거주하고 일하는 우주비행사의 안전을 위해 매우 중요하며, 인간이 더 긴 우주 항해를 준비함에 따라 더욱 중요해질 것입니다. 운 좋게도 NASA 과학자들이 이 사건에 참여하고 있습니다.

분명히 말하면 위협은 단지 가상적인 위협이 아닙니다. 예를 들어, 1997년에 러시아 우주정거장 미르(Mir)에서 화재가 발생했습니다. 그것은 산소 발생기에서 발생하여 역의 모듈을 독성 연기로 채우고 몇 분 동안 탈출 차량에 대한 접근을 차단했습니다.

우주에서 화재가 위험한 이유 중 하나는 예측 가능성이 부족하기 때문입니다. 중력이 화염을 위로 밀어올리는 지상과 달리, 미세중력 환경의 화염은 어느 방향으로든 퍼질 수 있습니다. 연기의 경우에도 마찬가지이므로 우주 정거장(일반적으로 대부분의 건물의 천장)에 연기 감지기를 배치하는 것이 훨씬 더 어렵습니다.

미르 승무원들은 소화기로 잘못된 불꽃을 재빨리 막아 불꽃의 성장을 막았지만, 가스를 사용하여 불꽃을 끄는 소화기는 우주에서 지구보다 덜 효과적입니다. 우선, 이 장치는 공기(따라서 산소)를 불쪽으로 향하게 하여 말 그대로 불길을 부채질할 수 있습니다.

결국 불꽃은 산소 발생기가 모두 비워진 후에야 꺼졌습니다. 그 후 몇 시간 동안 정거장의 생명 유지 시스템은 미르의 대기에서 모든 연기를 제거했으며 승무원은 자신이나 정거장 구조에 큰 피해를 주지 않고 사건에서 탈출했습니다.

자, 우리는 화재 행동에 대한 지식의 격차를 줄이는 것이 분명히 중요하다는 사실을 확인했습니다. 그러면 과학자들은 정확히 어떻게 그렇게 합니까?

2008년에 NASA는 CIR(Combustion Integrated Rack)을 만들어 ISS에 보냈습니다. 미세 중력에서 제어된 연소를 안전하게 조정하는 데 사용되는 하드웨어에는 26갤런 연소실과 지난 15년 동안 수천 번의 테스트에서 유용하게 사용된 5개의 카메라가 포함되어 있습니다.

이러한 테스트 중 다수는 약 1년 후에 시작된 화염 진화 실험(FLEX)의 일부였습니다. 이름에서 알 수 있듯이 이는 우주에서 화재를 진압하고 궁극적으로 미래 우주선의 화재 진압 시스템을 개선하는 데 중점을 두었습니다. CIR의 도움으로 ISS에 탑승한 연구원들은 헵탄이나 메탄올 연료의 작은 방울을 점화하고 결과를 기록했습니다.

NASA 글렌 연구 센터의 과학자인 다니엘 디트리히(Daniel Dietrich)는 행정부에 "미중 중력 프로그램뿐만 아니라 아마도 지난 20~30년 동안의 연소 연구에서 가장 큰 발견 중 하나는 FLEX 실험에서였습니다. 우주정거장."

문제의 발견? 특정 액체 연료는 우주에서 소멸된 후 자연적으로 재점화됩니다. 이러한 경우, "냉염"이라고 불리는 후속 불꽃은 더 낮은 온도에서 타며 육안으로는 보이지 않습니다.