在美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校實(shí)驗(yàn)室里燃燒著的燃料滴
你在國(guó)際空間站將如何撲滅火？如果你向位于地球的一名消防員問這個(gè)問題，他可能告訴你尋找火焰的底部。但是如果根本沒有底部呢？如果火焰是密集的大火球呢？這個(gè)問題以及一些其它相關(guān)問題是美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校工程學(xué)院微重力實(shí)驗(yàn)室的本科生學(xué)生們?cè)噲D探索的�？茖W(xué)家想要了解的也是火的本質(zhì)，尤其在沒有重力的條件下。由工程學(xué)本科生山姆·艾弗里（Sam Avery）帶領(lǐng)的研究旨在探索如何更好地定義易燃液體，尤其是生物燃料，是如何在太空燃燒的。山姆也是這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人�！拔以儐柫艘幻谶M(jìn)行微重力燃燒研究的教授，是否可以基于他的研究進(jìn)入美國(guó)宇航局微重力大學(xué)項(xiàng)目，” 艾弗里這樣說道。這個(gè)項(xiàng)目為本科學(xué)生提供在進(jìn)行拋物線軌跡飛行的飛機(jī)上進(jìn)行微重力實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，拋物線飛行會(huì)創(chuàng)造短暫的失重期。這名教授，福爾曼·威廉姆斯（Forman Williams），同意了艾弗里的提議并建議他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用生物燃料，因?yàn)槊绹?guó)宇航局在很多項(xiàng)目中都強(qiáng)調(diào)對(duì)這種燃料的使用。他們于2012年10月遞交了他們的提案，并最終被美國(guó)宇航局接受了。
美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校微重力火焰實(shí)驗(yàn)的電腦渲染圖
在實(shí)驗(yàn)過程中，艾弗里解釋道，意外的發(fā)生了尖叫——在他背后產(chǎn)生了濃煙。當(dāng)時(shí)他的工程系本科生同學(xué)西門·法拉（Seeman Farah）試圖給一塊電路板通電以點(diǎn)燃火焰，他在檢測(cè)完熔化的殘余物后意識(shí)到自己使用了太大功率且電線太薄�！拔艺J(rèn)為我們需要更厚一點(diǎn)的電線，”他苦笑的說道。
這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)使用了兩種商用的醫(yī)療注射器，用來將燃燒燃料的液滴注射進(jìn)入交叉懸浮著的小的電線里。交叉的電線能夠保證水滴維持在靠近點(diǎn)火器的位置�！拔覀儑L試了一系列不同的方法來點(diǎn)燃這個(gè)流體，但最終選用了商用的烤肉點(diǎn)火器元素，”法拉說道。
一旦火焰被點(diǎn)燃，研究人員想要觀察火焰在微重力環(huán)境下是如何發(fā)展的�！拔覀儗⒗脙膳_(tái)照相機(jī)記錄視覺數(shù)據(jù)：一臺(tái)用于記錄水滴的直徑，而另一臺(tái)則記錄火焰的直徑，” 艾弗里說道�！澳憧梢詫�(duì)比這兩個(gè)直徑來了解燃料的燃燒率。”
注射設(shè)備還沒有占據(jù)到凌亂的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)桌面一碼的范圍。環(huán)繞著艾弗里和他的研究小組的是很多年來積累的其他實(shí)驗(yàn)的殘余物，包括火箭零件和各種小型飛機(jī)模型。
“大多數(shù)東西都不是我們的，”研究小組成員杰克·古德溫（Jack Goodwin）這樣說道，他還曾移動(dòng)了一家破損的飛機(jī)，以清理出一定的空間方便他們進(jìn)行測(cè)試。
另一名學(xué)生，安德魯·比勒（Andrew Beeler）則站在不遠(yuǎn)處與古德溫激烈的辯論重力和對(duì)流的影響。之后，他總結(jié)了他們的發(fā)現(xiàn)：“我們認(rèn)為對(duì)流對(duì)于火焰在G重力（地球重力）環(huán)境下呈現(xiàn)的淚滴形狀起著重要的作用，” 安德魯說道，并補(bǔ)充道，在火焰附近產(chǎn)生了熱空氣，因?yàn)槔淇諝庠谥亓ψ饔孟聲?huì)收縮，因此火焰將呈不均勻的形狀——這在微重力環(huán)境下是不會(huì)發(fā)生的�！八诹阒亓Νh(huán)境下應(yīng)該是完美的球形，” 安德魯補(bǔ)充說道。
在附近的走廊，另外三名隊(duì)友正在研究一個(gè)更令人印象深刻的結(jié)構(gòu)。另外三名項(xiàng)目小組成員，亨利·陸（Henry Lu），達(dá)尼薩·凱尼恩（Daneesha Kenyon）和約書亞·休（Joshua Siu）已經(jīng)不辭辛苦的研究這個(gè)復(fù)雜的盒子長(zhǎng)達(dá)數(shù)月。
“美國(guó)宇航局堅(jiān)持要這個(gè)三重密封，所以我們建造了三個(gè)單獨(dú)的盒子——一個(gè)位于另一個(gè)里面，”陸這樣說道。每一個(gè)聚碳酸酯盒子都有自己?jiǎn)为?dú)的蓋子并通過十幾個(gè)蝶形螺帽固定，然后整個(gè)結(jié)構(gòu)通過強(qiáng)力的鋁框固定。
美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校微重力火焰實(shí)驗(yàn)小組，從左到右依次為約書亞·休、山姆·艾弗里、亨利·陸和西門·法拉
“我們對(duì)它進(jìn)行的測(cè)試表明它能夠承受900磅的壓碎力，同時(shí)也了解了它的耐火特性，” 凱尼恩說道。“它一切性能都很良好，應(yīng)該能夠預(yù)防任何災(zāi)難性的后果，倘若燃料源意外的忽然一次全部燃燒�！�
由于這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是受到美國(guó)宇航局的批準(zhǔn)，因此學(xué)生們能夠使用美國(guó)宇航局零重力訓(xùn)練飛機(jī)，也就是正式所謂的"嘔吐彗星(Vomit Comet)"。經(jīng)過在美國(guó)休斯頓約翰遜空間中心進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)地面準(zhǔn)備后，研究小組將忍受長(zhǎng)達(dá)25次在飛機(jī)上的無重力狀態(tài)階段。
“我們將進(jìn)行兩次單獨(dú)的飛行——一次包括我們研究小組的兩名成員，另一次將包括剩余的三名成員，” 艾弗里說道。“幸運(yùn)的話，這個(gè)機(jī)制將在每一次飛行過程中都保持功能正常。”
艾弗里的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)不止在于提高空間站用火安全，還可以用于增加地球上燃燒生物燃料的汽車和卡車引擎的效率�！皬倪^去的經(jīng)驗(yàn)里總能獲得一些普遍的經(jīng)驗(yàn)，” 艾弗里說道。“它還包括很多其他有趣的應(yīng)用，例如在噴氣式飛機(jī)里生物燃料的使用。
|
