Brannøvelser i rommet

Uten tyngdekraft blir flammer små ildbobler. De slukker ofte seg selv. Likevel tar NASA ingen sjanser på den internasjonale romstasjonen.

Apollo 1-romkapselen etter brannen 27. januar 1967 (Foto: NASA)
Apollo 1-romkapselen etter brannen 27. januar 1967 (Foto: NASA)

En brann i et romskip kan bli fatal på sekunder. Det viste brannen i kommandoseksjonen på måneskipet Apollo 1 i 1967.

Romkapselen stod på startrampen, og de tre astronautene trente på oppskytningen en uke seinere. En gnist antente brennbare stoffer i kabinen. I den kunstige atmosfæren av rent oksygen eksploderte brannen, og sprengte trykkabinen.

Først etter fem minutter klarte redningsmannskapene å åpne luka, og fant alle de tre astronautene døde, med smeltede romdrakter.

En slik brann kan ikke skje på den internasjonale romstasjonen. Atmosfæren består ikke av rent oksygen lenger. Litt over tre fjerdedeler er nitrogen, som ikke brenner i det hele tatt, akkurat som nede på jorda.

Likevel kan en brann bli svært farlig. Astronautene kan jo ikke kan åpne vinduene og lufte ut giftig røykos, hvis det skulle ta fyr.

Brennbare dråper

Videoen viser hvordan en dråpe med diameter 4 millimeter brenner i vektløshet. Dråpen sluknet på grunn av varmetap ved utstråling. (NASA-video)

Derfor har NASA siden 2009 hatt et eksperiment for å lære hvordan flammer oppfører seg i vektløs tilstand på romstasjonen. Det heter FLEX. Forkortelsen står for Flame Extinguishment Experiment, et eksperiment for slukking av flammer.

Astronautene bruker et spesielt brannkammer for den avanserte elevøvelsen i rommet. Her blir små dråper av tresprit (metanol) eller løsningsmiddelet heptan satt fyr på.

I det vektløse rommet svever disse dråpene fritt som små, runde bobler. Vektløsheten gjør at flammene rundt dråpene blir helt annerledes.

Runde flammer

Stearinlys på jorda og flamme i vektløshet (nederst) (Foto: NASA)
Stearinlys på jorda og flamme i vektløshet (nederst) (Foto: NASA)

Forbrenningen varmer opp gassene fra forbrenningen og lufta i nærheten.

På jorda vil disse lettere, varmere gassene stige til værs, som en varmluftsballong. De vil suge ny, kaldere luft inn nedenfra. Dermed får vi den typiske flammen som stiger opp fra et stearinlys.

Men på den internasjonale romstasjonen oppleves ikke tyngdekraften. Romstasjonen faller fritt gjennom rommet. Derfor er det ingen kraft som drar nedover, verken på astronautene eller de varme gassene fra forbrenningen.

Dråpene som brenner, henger vektløse i forbrenningskammeret. De varme gassene danner en rund boble omkring dem.

Slukker seg selv

Siden boblen bare blir hengende, blir oksygenet brukt opp inne i den etter hvert. Dermed går forbrenningen opptil 100 ganger saktere enn på jorda. Temperaturen i flammen blir lav. Hva skjer så videre?

Forbrenningen danner vanndamp. På jorda stiger denne vanndampen til værs. Holder du en glassplate over et stearinlys, kan du se at det danner seg dugg på den.

Men i det vektløse rommet blir også vanndampen hengende på stedet. Hvis dråpene av brennbart stoff er små, blir de etter hvert ødelagt av vanndampen som hoper seg opp.

Hvis dråpene er større, vil de kjøles ned fordi lysgløden fra flammene tar med seg energi vekk fra ildboblen. Resultatet er at den slukker av seg selv.

Seige flammer

Flamme i FLEX-eksperimentet på Den internasjonale romstasjonen (Foto: NASA/GRC)
Flamme i FLEX-eksperimentet på Den internasjonale romstasjonen (Foto: NASA/GRC)

Men likevel kan en brann oppstå i rommet.

Viftene som sirkulerer lufta på romstasjonen, kan gi trekk til flammen. Og det er ikke bare flytende dråper som kan ta fyr der oppe. Så hva om alarmen går?

FLEX-forsøkene har merkelig nok vist at brannslukkingsmidler må brukes i større konsentrasjoner for å slukke de kjøligere brannene i vektløshet enn det som kreves på jorda, ifølge en nyhetsmelding fra NASA.

Grunnen er at flammen brenner langsommere. Derfor krever den mindre oksygen til forbrenningen. Den blir med andre ord mer nøysom enn en flamme på jorda. Det skal mer til for å slukke den.

Brennende interesse

Apparatet der FLEX-eksperimentene på Den internasjonale romstasjonen gjennomføres (Foto: NASA/GRC)
Apparatet der FLEX-eksperimentene på Den internasjonale romstasjonen gjennomføres (Foto: NASA/GRC)

Men FLEX er ikke bare del av en øvelse i brannsikkerhet. De vektløse ilddråpene gjør det også mulig for forskerne å studere flammer som er helt like i alle retninger.

Slike flammer er interessante for fysikere å beskrive teoretisk. De kan også gi oss ny forståelse av forbrenning i dråper på jorda.

Slik forbrenning skjer blant annet inne i bilmotorer. Jo mer vi forstår av det som skjer inne i sylindrene der, desto mer effektive og gjerrige på drivstoff kan bilmotorene gjøres.

- Det er fortsatt mye som er ukjent om forbrenningsprosesser, og som venter på å bli avslørt av framtidas forsøk, sier sjefsforskeren bak FLEX, Forman Williams fra University of California, San Diego, til NASA.

Lenker:

Nyhetsmelding om FLEX på nettsidene til NASA

Bakgrunnsstoff om FLEX på nettsidene til NASA

Powered by Labrador CMS
Powered by Labrador CMS