Tudja-e, hogy ég a gyertya az űrben, ha nincsen gravitáció?

2018.04.03. 15:23

A Mir űrállomáson történt 1996-os tűzeset miatt fogott hozzá a NASA az égés mikrogravitációs környezetben történő folyamatának kutatásába. Korábban már történt egy másik tűztragédia is, amelynek három asztronauta esett áldozatául.

Méteres lángok csaptak fel az űrállomáson

1996 februárjában az orosz Mir űrállomáson egy asztronauta arra készült, hogy oxigént keverjen az úgynevezett gyertya-típusú oxigén generátorral, amikor az váratlanul kigyulladt.

A lángok szinte azonnal felcsaptak,

és megolvadt fémdarabok repültek a levegőbe, befröcskölve a választófalat.

A Mir űrállomásról 1996 szeptemberében készített fotóForrás: NASA

Mint a tűzijáték, úgy lövelltek szét a szikrák, az űrállomást pedig elborította a fojtogató füst, elhomályosítva a látást és akadályozva a légzést. Az űrállomás egyik asztronautája, az amerikai Dr. Jerry M. Linenger megragadott egy sürgősségi maszkot, de nem jött belőle oxigén.

Dr. Jerry M. Linenger amerikai asztronauta 1996-ban a Mir fedélzetén teljesített küldetéstForrás: NASA

Ezért egy másikkal kezdett próbálkozni, miközben azzal küzdött, hogy szabaddá tegye a tűzoltó készüléket, ami a választófalhoz volt erősítve. Linenger egy orosz űrhajós segítségével

a kiszabadított tűzoltó készülékkel megpróbálta eloltani a lángokat, de hiába.

 

Dr. Jerry M. Linenger oxigénmaszkban a Mir űrállomáson keletkezett tűz idejénForrás: NASA

Végül nagyjából 14 perccel később a tűz magától kialudt, mert elfogytak azok a tüzet tápláló égésgázok, amik a súlytalanságban szétterjedtek a kabintérben.

Szörnyű halál a pokoli katlanná vált űrkabinban

A végül szerencsés kimenetelű baleset hatására elkezdtek sokkal komolyabban foglalkozni a  súlytalanság viszonyai között keletkezett tűz problémájával.

Sürgős megoldást kellett találni, ezért a szakemberek lázas munkába fogtak.

Az asztronautika történetében már történt egy rendkívül súlyos tűzeset 1967-ben, igaz, nem a világűrben, hanem még a földi indítóálláson.

Az Apolló-1 tragikus véget ért asztronautái, az indítóállás előtt. Bal szélen a parancsnok, Virgil (Gus) GrissomForrás: NASA

1967. január 24-én az Apolló-program első egysége, az Apolló-1 fedélzetén indítási próbát végeztek. Az Apolló-1 kabinját a súlymegtakarítás kedvéért 35 kilopascal nyomású tiszta oxigénnel töltötték fel. A háromfős személyzet parancsnoka, Virgil Grissom ülése mellett rövidzárlat keletkezett,

és a szikra belobbantotta a rendkívül gyúlékony oxigént.

 

Az Apolló-1 személyzete az űrkabinban, a tragikus tűz kipattanása előttForrás: NASA

A másodpercek alatt kialakult tűzviharban mindhárom asztronauta életét vesztette. Az Apolló-1 tragédiája után ezért minden egység kabinjában nitrogén-oxigén összetételű levegőkeveréket alkalmaztak a startig.

Az Apolló-1 kabinja, az ajtó lezárása előtt, a már beszíjazott asztronautákkalForrás: NASA

Az Apolló-1 tragikus tűzesete után bevezetett biztonsági intézkedések hatására sok szakértő úgy vélte, hogy az űrutazás meglehetősen biztonságossá vált, azzal érvelve, a tűz a súlytalanság viszonyai között már nem jelenthet fenyegetést.

Az Apolló-1 kiégett kabinjaForrás: NASA

A Mir űrállomáson történt tűzeset azonban bebizonyította, hogy tévedtek.

Hogyan ég a gyertya a Földön?

A probléma szemléltetésére a legjobb példa a gyertya égése. A kanóc közelében a levegő felmelegszik, csökken a sűrűsége, emiatt felemelkedik a környező hidegebb levegő fölé - ez az úgynevezett konvekció - és helyére friss levegő áramlik, folyamatosan ellátva a kanócot az égéshez szükséges oxigénnel.

A Mir űrállomáson 1996-ban történt tűzeset világított rá a mikogravitációs térben történő égés kérdésének súlyáraForrás: NASA

A keletkező égési gázok, égéstermékek, mint például a szén-dioxid ily módon eltávoznak az égés pontjától, ezáltal az égés sebessége lelassul. A forró égési gázok azért távoznak, mert kisebb a sűrűségük mint a környező hidegebb levegőé, így a meleg égési gázok helyére a hideg levegő áramlik.

Forrás: Slo Mo Guys

Sokáig úgy hitték, hogy mivel a súlytalansági állapotban nincs légáramlat, a kanóc közelében az égési gázok összesűrűsödnek, és ezért hamar kialszik a láng.

Az űrbéli mikrogravitációs környezetben másként zajlik az égési folyamatForrás: ESA/ROSCOSMOS

Ez azonban nincs így.

A kísérletek ugyanis azt mutatják, hogy a tűz egészen jól ég a súlytalanságban is,

csak éppen másként.

És hogyan ég a mikrogravitációs környezetben?

Az űrkorszak első tűzkísérletét egy erre a célra létesített toronyban végezték el, szárazföldi körülmények között. A toronyban zárt peron zuhant alá szabadesésben,

amelyben így rövid időre létrejött a súlytalanság állapota.

A teszteket 1975-ben áthelyezték a világűrbe, az amerikai Skylab űrállomás fedélzetére, ahol egy speciális fülkében gyújtottak tüzet.

Az 1975-ben szolgálatba állt Skylab űrállomásForrás: NASA

Itt kiderült, hogy a lángok a légáram híján diffúzióval terjednek, és gyakran gömbformát vesznek fel.

A diffúzió a konvekciónál kevésbé hatékony módja a gázok keveredésének, ezért a lángok hűvösebben, tisztábban és hosszabban égnek. A koromhiány gyakran kékké, a légáramlat hiánya pedig tartóssá teszi az égést. A mikrogravitációs környezetben (amit a köznyelvben súlytalanságnak nevezünk) a gyertyaláng majdnem láthatatlan, halványkék színű. (A Mir kamerája ki sem tudta mutatni.)

A gyertyaláng szerkezete és színe a földön, normál gravitációs környezetben (a kép bal szélén) és az űrbéli súlytalanság körülményei közöttForrás: MTF Science

A láng hőmérséklete túl alacsony ahhoz, hogy sárga színű legyen, mint a Földön.

Mivel nincs légáramlat, a lassúbb gázcsere a diffúzióból korom és füst nélküli lángot produkál.

A koromtermelés csak akkor indul meg, ha az égés megáll a láng csúcsán. A korom és a füst keletkezése az üzemanyag-áramlás sebességétől függ.

Dr. Shannon W. Lucid amerikai asztronauta a Mir űrállomáson, 1996-banForrás: NASA

1996-ban Dr. Shannon W. Lucid, a NASA szakértője, amerikai űrhajós azt vizsgálta, milyen hosszú ideig ég a láng a súlytalanság állapotában.

A teszteket olyan születésnapi gyertyákkal végezte el, amelyek a Földön 5-10 percig égnek.

Nem csupán elméleti, hanem rendkívül fontos biztonsági kérdés is

A Földön 5-10 percig égő születésnapi gyertyák az űrben kereken 45 percig égnek. Amikor Dr. Lucid a kísérlet után felkapcsolta a világítást, meglepő dolgot tapasztalt: egy fehér, a lángnál 2-3-szor nagyobb gömbfelhő lebegett a láng helyén.

A forró gyertyaviasz és a kanóc elpárolgott és köddé sűrűsödött.

A nem várt felfedezés nagyon fontos biztonsági szempontból: az űrkutatóknak ugyanis azzal kell számolniuk, hogy az éghető anyag a tűz megszűnése után is jól párologhat.

A Föld fotója a világűrből. Az égés körülményeinek tanulmányozása űrbéli körülmények között rendkívül fontos biztonsági kérdésnek bizonyultForrás: AFP/Handout

A NASA célja nem csak a tűzbiztonság volt a kísérletekkel, hanem az égés folyamatának kutatatása is, ami sokkal könnyebben tanulmányozható a súlytalanság viszonyai, mint a földi turbulens légáramlatok körülményei között.

A kísérletek során egy alkalommal az űrsikló személyzet a forró vezetékek tűzveszélyességét is tanulmányozta,

az űreszközök ugyanis tele vannak műanyag burkolatú vezetékekkel.

Az Atlantis űrsikló a Nemzetközi ŰrállomásonForrás: Origo

A Földön, normál gravitációs körülmények között a forró levegő felemelkedik, a vezeték pedig lehűl, így nem forrósodik túl.

A súlytalanságban azonban ez sem így történik.

A tesztek szerint a műanyag, a vezetékek burkolata jól ég, de csak amikor dolgozik a ventillátor, ami oxigénnel táplálja a lángokat.

A NASA Lewis Research Center Glenn hangáraForrás:Bridget Caswell

(Konvekció hiányában ventillátorral hűtik az űrjármű vezetékeit.) A kutatás vezetője Dr. Ross, a NASA Lewis Research Center clevelandi kutatóközpontjának tagja azt mondta, hogy a kapcsolódó kísérleti eredményekre figyelemmel ezért vészhelyzetben le kell kapcsolni a ventillátorokat.

A Nemzetközi Űrállomás az ISS-hez csatlakozott Endaveour űrsiklóvalForrás: NASA

Ezt a fontos biztonsági ajánlást elfogadták, amit a Nemzetközi Űrállomáson már alkalmaznak is.

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK