空间站探索火的秘密

日本宇宙航空研究开发机构宇航员Norishige Kanai为层流扩散火焰（E-Field Flames）实验的电场效应重新配置了燃烧集成机架（CIR）内的高比特深度多光谱（HiBM）相机。

燃烧研究人员在空间站上设计了实验，分析了微重力条件下球形火焰的行为。

火不仅与古代的人类生活有关，而且仍然是我们现代生活不可或缺的一部分。它为我们的家和水供暖，烹饪我们的食物，发电，推动我们的车辆等等。然而，考虑到其巨大的复杂性，我们对火焰行为的复杂性仍有很多不了解。

为了更深入地了解燃烧现象，来自学术界、美国国家航空航天局格伦研究中心、该机构生物和物理科学部以及其他组织的一组调查人员最近完成了对国际空间站的一系列调查。微重力实验先进燃烧（ACME）项目的在轨测试始于2017年，包括对气体燃料的非预混火焰的六次成功研究。

非预混火焰是指燃料和氧化剂在反应或点火前保持分离的火焰，如蜡烛火焰。在上述许多日常使用场景中，燃料和氧化剂在反应前混合，会发生预混合火焰。

NASA格伦ACME项目科学家Dennis Stocker表示：“微重力环境使研究人员能够在不受重力影响的情况下探索火焰行为，因此他们可以研究火焰结构和行为背后的潜在物理现象。”“这些知识可以帮助地球上的设计师和工程师开发更高效、污染更少、更安全的熔炉、发电厂、锅炉和其他燃烧系统。”

六个ACME实验是：

燃烧速率模拟器（BRE）-已证明的材料可以在未来任务中考虑的乘员车辆环境中没有气流的情况下燃烧数分钟。

Coflow层流扩散火焰（CLD火焰）——在煤烟和高度稀释的极端情况下产生基准数据，以改进计算模型。

气体冷火焰研究（CFI-G）-导致气体燃料的非预混冷火焰没有增强，如地面测试中要求的加热反应物、脉冲等离子体或臭氧添加。

电场对层流扩散火焰（E-Field火焰）的影响——证明了利用电场减少非预混火焰排放的潜力。

火焰设计——首次证明了准稳态非预混球形火焰，以及导致较大火焰熄灭的辐射热损失。

球形扩散火焰（s-Flame）的结构和响应——为改进计算模型提供了火焰生长和熄灭的数据。

实验是用空间站燃烧集成机架（CIR）中的一套单一模块化硬件进行的。测试由美国国家航空航天局位于克利夫兰的格伦国际空间站有效载荷操作中心远程指挥。

斯托克说：“超过1500个火焰被点燃，是原计划数量的三倍多。”“还实现了几个‘第一’，也许最引人注目的是在凉爽和球形火焰领域。”

Stocker说，来自NASA Glenn、学术界和ZIN Technologies，股份有限公司的大约50名人员在四年半的在轨运行中支持ACME。此外，来自六个国家的30多名机组人员在为每次调查设置硬件以及根据需要更换气瓶、点火器尖端和其他实验专用硬件方面发挥了重要作用。

ACME硬件已从CIR中移除，为2022年2月发射的固体燃料点火与灭绝（SoFIE）硬件腾出空间，这是NASA在轨燃烧研究的下一步。ACME硬件计划在未来几个月内返回地球，并打算在未来的实验中再次发射到空间站。