Comprendere come si diffonde e si comporta il fuoco nello spazio è fondamentale per la sicurezza dei futuri astronauti e per comprendere e controllare il fuoco qui sulla Terra.

La microgravità è anche cruciale per i ricercatori sulla combustione per testare alcuni dei principi fondamentali del campo. "Se guardi un qualsiasi libro di testo sulla combustione, quasi tutte le teorie sviluppate ignorano l'influenza della gravità, ", afferma Daniel Dietrich, scienziato del Glenn Research Center della NASA.

L'obiettivo principale degli esperimenti di combustione in microgravità è stato correlato alla sicurezza antincendio nello spazio o a una migliore comprensione della combustione pratica sulla Terra e nello spazio. La gravità ridotta crea fiamme che sembrano molto diverse da quelle viste qui sulla Terra:con la quasi assenza di gravità sulla stazione spaziale, le fiamme tendono ad essere sferiche. Sulla terra, i gas caldi della fiamma salgono mentre la gravità si raffredda, aria più densa sul fondo della fiamma. Questo crea sia la forma della fiamma, così come un effetto di sfarfallio. In microgravità, questo flusso non si verifica. Questo riduce le variabili negli esperimenti di combustione, rendendoli più semplici e creando fiamme di forma sferica.

Imparare a creare fiamme più pulite o più efficienti può avere un impatto su molte aree della nostra vita. "La maggior parte della nostra elettricità negli Stati Uniti è generata dalla combustione, " dice lo scienziato del progetto Glenn Dennis Stocker. "Per quanto riguarda il trasporto di energia, dove saremmo senza combustione? Quindi la combustione è una parte importante della nostra vita moderna".

Come per altre ricerche sulle stazioni spaziali, gli esperimenti con la combustione sono sviluppati per essere condotti in sicurezza senza rischi per il veicolo spaziale o il suo equipaggio. Ecco perché il Combustion Integrated Rack (CIR) è stato creato e lanciato sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2008. Il CIR, insieme a strutture come il Microgravity Science Glovebox, ha creato un ambiente sicuro e protetto in cui studiare la combustione senza mettere in pericolo l'equipaggio. Il CIR fornisce hardware generico per supportare un'ampia gamma di esperimenti di combustione. I ricercatori hanno anche fornito hardware aggiuntivo necessario per condurre una serie di esperimenti sulla fiamma.

"Una delle più grandi scoperte, non solo nel programma di microgravità, ma probabilmente negli ultimi 20-30 anni di ricerca sulla combustione è stato durante gli esperimenti FLEX sulla stazione spaziale, " afferma Dietrich. Il FLame Extinguishment Experiment (FLEX) stava analizzando l'efficacia dei soppressori di incendi studiando le goccioline di combustibile che bruciano nel CIR, quando i ricercatori hanno accidentalmente fatto una scoperta sorprendente relativa alle fiamme fredde, o apparente continua "combustione" dopo l'estinzione della fiamma in determinate condizioni.

"Non è importante solo da un punto di vista teorico della combustione nerd, ma anche da un punto di vista pratico, " dice Dietrich. "Le reazioni chimiche a bassa temperatura che possiamo studiare su strutture come la stazione spaziale sono molto importanti nei sistemi di combustione reali come i motori".

Però, il CIR non è l'unico modo per eseguire esperimenti di combustione utilizzando la stazione spaziale. Una serie di eccezioni degne di nota sono gli esperimenti Saffire che si sono verificati a bordo di una navicella spaziale Cygnus senza equipaggio dopo il distacco dalla stazione. Poiché questi esperimenti sono avvenuti lontano dalla stazione spaziale, potrebbero studiare argomenti come la propagazione del fuoco e l'uso di ossigeno in fiamme più grandi in condizioni di microgravità.

Attualmente gli scienziati stanno conducendo una serie di esperimenti noti come Advanced Combustion via Microgravity Experiments (ACME) sul laboratorio orbitante. Questi test sono raggruppati perché utilizzano lo stesso set modulare di hardware sulla stazione. Insieme forniranno dati che potrebbero aiutare a migliorare l'efficienza del carburante e ridurre la produzione di inquinanti nella combustione pratica sulla Terra.

Una di queste inchieste dell'ACME, noto come disegno della fiamma, si concentra sulla fuliggine, il residuo di carbonio lasciato quando la materia organica (o altro materiale contenente carbonio) non brucia completamente. La fuliggine causa problemi ambientali e sanitari, ma può anche essere utile in vari modi; Per esempio, aumentando il calore radiante. Il calore radiante è il motivo per cui ti senti più caldo stando alla luce diretta del sole rispetto a quando stai all'ombra.

Normalmente, la maggior parte delle fiamme sulla Terra brucia nell'aria. Il gas inerte viene introdotto contemporaneamente all'ossigeno per la combustione sulla Terra. Questa indagine introduce invece il gas inerte con il combustibile, piuttosto che con l'ossigeno. "Si scopre, ha un grande impatto sulla fiamma, " dice il ricercatore principale Richard Axelbaum. "In questo caso, anche se le temperature delle fiamme possono essere le stesse sia che si introduca l'inerte con l'ossidante che con il combustibile, l'impatto per la formazione di fuliggine o la forza della fiamma è sostanzialmente diverso."

L'indagine Flame Design sta studiando la quantità di fuliggine prodotta in diverse condizioni di fiamma. Ogni test produce una fiamma e può produrre grappoli di fuliggine che si illuminano di giallo quando sono caldi. Questi ammassi diventano più grandi in condizioni di microgravità che sulla Terra perché la fuliggine rimane più a lungo all'interno della fiamma.

I risultati di questo esperimento potrebbero consentire la progettazione di fiamme più fuligginose o prive di fuliggine, a seconda della necessità di una specifica applicazione. "Quando hai completamente finito con il processo di combustione, in generale vuoi avere un esaurimento completo di tutta la fuliggine. Questo è vero quando produci energia, " dice Axelbaum. "Ci sono alcuni altri casi in cui il tuo obiettivo è produrre nerofumo che è una forma di fuliggine." Per la maggior parte, però, questi risultati possono aiutare a creare progetti di bruciatori più efficienti e meno inquinanti.

La conoscenza acquisita da questi esperimenti di combustione a bordo del laboratorio orbitante ci sta aiutando a capire meglio il fuoco qui sulla Terra, ma sarà cruciale quando ci si prepara per le future missioni oltre l'orbita terrestre bassa. "Parte del futuro è guardare alla gravità parziale, " dice Stocker. "Capire che sarà importante per la sicurezza antincendio su altri mondi, come la Luna o Marte."