Begrijpen hoe vuur zich verspreidt en zich in de ruimte gedraagt, is cruciaal voor de veiligheid van toekomstige astronauten en voor het begrijpen en beheersen van vuur hier op aarde.

Microzwaartekracht is ook cruciaal voor verbrandingsonderzoekers om enkele van de kernprincipes van het veld te testen. "Als je naar een leerboek over verbranding kijkt, bijna alle ontwikkelde theorieën negeren de invloed van de zwaartekracht, ", zegt NASA's Glenn Research Center-wetenschapper Daniel Dietrich.

De primaire focus van verbrandingsexperimenten met microzwaartekracht is gerelateerd aan brandveiligheid in de ruimte of een beter begrip van praktische verbranding op aarde en in de ruimte. De verminderde zwaartekracht creëert vlammen die er heel anders uitzien dan die hier op aarde te zien zijn:met de bijna afwezigheid van zwaartekracht op het ruimtestation, vlammen hebben de neiging bolvormig te zijn. Op aarde, hete gassen van de vlam stijgen terwijl de zwaartekracht koeler trekt, dichtere lucht naar de bodem van de vlam. Hierdoor ontstaat zowel de vorm van de vlam, evenals een flikkerend effect. In microzwaartekracht, deze stroom komt niet voor. Dit vermindert de variabelen in verbrandingsexperimenten, waardoor ze eenvoudiger worden en bolvormige vlammen worden gecreëerd.

Leren om schonere of efficiëntere vlammen te maken, kan een impact hebben op veel gebieden van ons leven. "Het grootste deel van onze elektriciteit in de VS wordt opgewekt door verbranding, ", zegt Glenn-projectwetenschapper Dennis Stocker. "Met betrekking tot energietransport, waar zouden we zijn zonder verbranding? Dus verbranding is een groot deel van ons moderne leven."

Net als bij ander ruimtestationonderzoek, experimenten met verbranding zijn ontwikkeld om veilig te worden uitgevoerd zonder risico voor het ruimtevaartuig of zijn bemanning. Daarom is het Combustion Integrated Rack (CIR) gemaakt en in 2008 naar het internationale ruimtestation ISS gelanceerd. samen met faciliteiten zoals de Microgravity Science Glovebox, creëerde een veilige en veilige omgeving om verbranding te bestuderen zonder de bemanning in gevaar te brengen. De CIR biedt hardware voor algemene doeleinden ter ondersteuning van een breed scala aan verbrandingsexperimenten. Onderzoekers hebben ook extra hardware geleverd die nodig is om verschillende vlamexperimenten uit te voeren.

"Een van de grootste ontdekkingen, niet alleen in het microzwaartekrachtprogramma, maar in de afgelopen 20-30 jaar van verbrandingsonderzoek is tijdens de FLEX-experimenten op het ruimtestation, ", zegt Dietrich. Het FLame Extinguishment Experiment (FLEX) analyseerde de effectiviteit van brandonderdrukkers door brandende brandstofdruppels in de CIR te bestuderen, toen onderzoekers per ongeluk een verrassende ontdekking deden met betrekking tot koele vlammen, of schijnbaar aanhoudend "branden" na het uitdoven van de vlam onder bepaalde omstandigheden.

"Het is niet alleen belangrijk vanuit een nerdy theoretisch verbrandingsstandpunt, maar ook praktisch gezien " zegt Dietrich. "De chemische reacties bij lage temperatuur die we kunnen bestuderen op faciliteiten zoals het ruimtestation zijn erg belangrijk in echte verbrandingssystemen zoals motoren."

Echter, de CIR is niet de enige manier om verbrandingsexperimenten uit te voeren met het ruimtestation. Een reeks opmerkelijke uitzonderingen zijn de Saffire-experimenten die plaatsvonden aan boord van een onbemand Cygnus-ruimtevaartuig nadat ze van het station waren losgemaakt. Aangezien deze experimenten buiten het ruimtestation plaatsvonden, ze konden onderwerpen bestuderen zoals branduitbreiding en zuurstofgebruik in grotere vlammen in microzwaartekracht.

Momenteel voeren wetenschappers een reeks experimenten uit die bekend staan ​​als de Advanced Combustion via Microgravity Experiments (ACME) in het in een baan om de aarde draaiende laboratorium. Deze tests zijn gegroepeerd omdat ze dezelfde modulaire set hardware op het station gebruiken. Samen zullen ze gegevens opleveren die kunnen helpen de brandstofefficiëntie te verbeteren en de productie van verontreinigende stoffen bij praktische verbranding op aarde te verminderen.

Een van deze ACME-onderzoeken, bekend als Flame Design, richt zich op roet, de koolstofresten die achterblijven wanneer organisch materiaal (of ander koolstofhoudend materiaal) niet volledig verbrandt. Roet veroorzaakt milieu- en gezondheidsproblemen, maar kan ook op verschillende manieren nuttig zijn; bijvoorbeeld, door stralingswarmte te versterken. Stralingswarmte is de reden dat je je warmer voelt in direct zonlicht dan wanneer je in de schaduw staat.

Normaal gesproken, de meeste vlammen op aarde branden in de lucht. Inert gas wordt tegelijkertijd met zuurstof geïntroduceerd voor verbranding op aarde. Dit onderzoek introduceert in plaats daarvan het inerte gas met de brandstof, in plaats van met de zuurstof. "Het blijkt, het heeft een grote impact op de vlam, ", zegt hoofdonderzoeker Richard Axelbaum. "In dit geval ook al kunnen de temperaturen van de vlammen hetzelfde zijn, of u nu de inerte met de oxidator of de brandstof introduceert, de impact voor roetvorming of vlamsterkte is wezenlijk anders."

Het onderzoek Flame Design bestudeert de hoeveelheid roet die wordt geproduceerd onder verschillende vlamomstandigheden. Elke test produceert een vlam en kan roetclusters produceren die geel gloeien als ze heet zijn. Deze clusters worden groter in microzwaartekracht dan op aarde omdat het roet langer in de vlam blijft.

De resultaten van dit experiment kunnen het ontwerp mogelijk maken van vlammen die meer roet of roetvrij zijn, afhankelijk van de behoefte van een specifieke toepassing. "Als je helemaal klaar bent met het verbrandingsproces, over het algemeen wil je een volledige burn-out hebben van al het roet. Dat is waar als je stroom produceert, "zegt Axelbaum. "Er zijn enkele andere gevallen waarin het je doel is om carbon black te produceren, een vorm van roet." deze resultaten kunnen helpen om efficiëntere en minder vervuilende branderontwerpen te creëren.

De kennis die is opgedaan met deze verbrandingsexperimenten aan boord van het in een baan om de aarde draaiende laboratorium helpt ons om vuur hier op aarde beter te begrijpen, maar het zal cruciaal zijn bij de voorbereiding op toekomstige missies buiten een lage baan om de aarde. "Een deel van de toekomst is kijken naar gedeeltelijke zwaartekracht, ", zegt Stocker. "Begrijpend dat dit belangrijk zal zijn voor de brandveiligheid op andere werelden, zoals de maan of Mars."