Пара слов о горении в космосе.

[icedearth]

Причина написания этого псто заключается в следующем: сунув нос в описание космицкого боя и последующих радостей подбитого космолета, я увидел слова "пожар двигателя". И призадумался - а при каких условиях двигатель космического корабля может гореть? И вот он я, перед вами, с умным видом и благоглупостями в устах)))
Сразу оговоримся - я пишу псто максимально упрощенно, не ставя цели глубоко вонзиццо в глубины теории горения. Кому будет интересно, посоветую книги по теории горения, написанные монстрами и динозаврами пожарной науки. Так же я не буду пока заморачивать вам голову тлением, а попытаюсь просто и понятно рассказать о пламенном горениии. Строго говоря, для того, чтобы происходило пламенное горение нужно несколько условий: наличие топлива, наличие окислителя и положительный тепловой балланс. То есть на начальном этапе - источник зажигания достаточной мощности, либо, для отдельных веществ и материалов, условия при которых начинается саморазогрев с последующим самовоспламенением. В понимании положительного теплового балланса - отсутствие охлаждения.
В качестве примера приведу такую штуку - если промасленный ватник положить на батарею центрального отопления, вполне возможно, что через некоторое время он загорится, хотя открытого огня рядом и близко не было. Тот же ватник на морозе может лежать годами и ничего с ним не произойдет.
В большинстве случаев горят газы, пары или продукты термического разложения твердых веществ, поэтому для газов есть такие понятия как концентрационные пределы распространения пламени (нижний и верхний) и для паров жидкостей - температурные пределы распространения пламени. (Чтоб было понятно - если в комнату объемом 100 м3 накачать ацетилена, чтобы его объемная концентрация была менее 2.3% или более 85, а потом в этой комнате зажечь спичку, ничего страшного не произойдет. При том, что, как мы все знаем, ацетилен весьма и весьма горюч, взрывоопасен и все такое. В первом случае не хватает горючего для начала реакции, во втором окислителя.
Примечание: эксперимент проводить при однородной (тщательно перемашанной смеси, а лучше воздержаться от оного - стоит чуточку ошибиться с концентрацией и вы примете ислам весьма неприятным способом).

Примерно то же самое с температурными пределами распространения пламени - это температура, при которой насыщеные пары жидкости образуют концентрацию, соответствующую верхнему и нижнему концентрационному пределам распространения пламени.
Простой пример - бензин.
При температуре ниже -37 градусов цельсия концентрация паров бензина (даже в закрытой емкости) будет недостаточна для того, чтобы поддерживать горение. Именно на этом основан "фокус" с бросанием спичек и окурков в ведро с бензином в условиях крайнего севера. При температуре более 7 градусов цельсия количество паров бензина внутри закрытой емкости становится слишком велико, чтобы горение началось. Обращаю внимение - в закрытой емкости, это важный момент.
Еще раз обращаю внимание - сами по себе жидкости не горят, горят их пары.
С твердыми горючими веществами все несколько интереснее.
Горение твердых веществ идет почти по тому же сценарию - сначала твердое вещество начинает плавиться и испаряться, либо испаряться путем возгонки, минуя жидкое состояние, или же термиченски разлагаться. С любом случае горит опять же твердое вещество в виде паров или газов. С металлами все несколько интереснее, металлы оставим на потом.
В любом случае, если говорить о горении веществ и материалов, не имеющих в своем составе окислителя (пример привычен и банален - порох, твердые или же гелевые ракетные топлива), для того чтоб горело необходим окислитель.
Поэтому с горением в вакууме все предельно просто - если нет окислителя, дополнительно вводимого в зону горения и обеспечивающего достаточное давление и наличие пригодной для горения концентрации в зоне горения - гореть ничего не будет. При этом надо понимать, что скорость подачи горючего и окислителя должна быть прям-таки космическая, ибо парам и газам есть куда расширяться, что делает горение весьма затруднительным. Что это означает? Теоретически космонавт с зажженой заранее ацетиленовой горелкой может выйти в космос и она продолжит гореть, хотя выглядеть это будет весьма непривычно - пламя горелки будет стремится принять шарообразную форму и нашего космонавта будет весьма ощутимо таскать реактивной струей)))
Что касается горения внутри космического корабля то тут все становится еще прикольнее.
Думаю, что многие встречались с загадкой "будет ли свеча гореть в невесомости".
Да, будет и нет не погаснет.

Сабж в виде свечи на земле и в космосе.
Из-за того, что в космосе не будет конвекции (что теплый воздух, что холодный - без гравитации это однохерственно), приток воздуха в зону горения будет осуществляться за счет диффузии. Пламя примет красивую почти шарообразную форму (по сути шарик из огня, с очень тонкой "пленкой" пламени). Представление о том, как это выглядит можно получить при следующем опыте: стеклянная трубка диаметром 50-60 мм и длиной около метра заполняется медленно горящей смесью, поджигается с одной стороны. Пленка пламени начнет двигаться к другому концу трубки, постепенно ускоряясь и теряя полусферическую ворму. Но на начальном этапе - самое оно.
Мнение о том, что свеча обязательно погаснет несколько не верно. Поясню почему: во-первых за счет диффузии в зону горения все же будет поступать окислитель, а во-вторых, поскольку конвекции нет, нет и отвода тепла из зоны горения, температура пламени получается несколько выше, из-за этого усиливается нагрев собственно свечи, что приводит к усиленному плавлению и испарению парафина. Концентрация паров парафина вокруг пламени начинает расти, достигает НКПРа и происходит их вспышка, давление в зоне горения растет, продукты сгорания устремляются во все стороны, смесь, способная к горению выгорает (при этом, кстати, пламя вполне может погаснуть, а может и не погаснуть) и создается хоть и не сильный, но заметный воздухообмен за счет пульсации давления (как же я коряво это описал, но точнее не получается - физику процесса представляю, а описать не могу).
С другими веществами и материалами не все так радужно. В случае со спичкой после выгорания головки (в коей содержится и окислитель тоже) скорость воздушного потока недостаточна для обеспечения притока кислорода в зону горения, а скорость термического разложения древесины недостаточна, чтобы обеспечить "микровзрывы", пульсацию пламени и обеспечение воздушного потока за счет этого.
Если рассмативать физику процесса, то к КПРам для обеспечения горения в невесомости добавляются еще два параметра: нижний гравитационный предел распространения пламени (минимальное значение ускорения свободного падения, при котором конвекция достаточна, для обеспечения потока воздуха, обеспечивающего достаточное для горения поступление окислителя в зону горения и отвод продуктов горения). Должен упомянуть, что горение в невесомости может проходить при несколько меньшем содержании кислорода в воздухе, чем на земле. Если на земле при содержании кислорода менее 14% по объему большинство веществ и материалов прекращают гореть пламенно (вещества, способные к тлению соответственно продолжают тлеть), то в невесомости этот процент ниже. Насколько - достоверно не скажу, к сожалению.
Второй параметр - это минимальная скорость воздушного потока. С этим все должно быть понятно. Собственно, этим объясняется тот момент, что на космических станциях при пожаре и задымлении одним из первых действий является отключение вентиляции.
Что все это означает для ситуации "пожар на космическом корабле"?
Если посмотреть статистику пожаров на космических станциях, а именно на МИРе, то вырисовывается следующая ситуация:
1. пожары кабелей и электроборудования - в настоящее время проблема практически решена применением кабелей с изоляцией не распространяющей горение.
2. пожары (не один) деффектных кислородных шашек и регенеративных патронов. Без особых проблем устранялись экипажами.
Если говорить о кораблях с искуственной гравитацией (не за счет вращения корпуса, а НЕХ, которая позволяет героям носиться по четко ориентированному полу коридоров и ронять на пол бластеры, именно их любят изображать в кинах) то первым делом при пожаре стоит отключить гравитацию к херам вместе с вентиляцией. И вместе с тем перекрыть люки в переборках. Ну а там уже решать что делать - разгерметизировать отсек (это вроде бы было в Чужих или еще каком старом фильме, кстати очень похоже на правду) или запустить систему пожаротушения. На корабле размером с десяток авианосцев, везущем на борту 9000+ тысяч тонн никому не нужной херни обязана быть система пожаротушения. Если будете строить Звезду Смерти, закажите мне проектирование и авторский надзор за монтажом тушения, уверяю, вы сможете уже не так сильно опасаться злобных леваруционеров). (пятиминутка рекламы окончена, ога).
Что касается пожаров на космолетах как их обычно показывают, скажу вот что: создается ощущение, что баки с топливом и окислителем на космолетах устанавливаются внутри переборок жилых отсеков. Другой причины, почему они так весело взрываются, фонтанируя потоками аццкого огня, мне придумать трудно. Но что баки с топливом и окислителем для ракетных двигателей делают на космолетах с хероглоновыми реакторами и плазенными (фотонными) двигателями, я понять не могу. Разве что это украинские космолеты, которые воруют газ или флот кровавого Пу, перевозящий сырую нефть и кровь некрещеных младенцев.
А теперь граждане, давайте спорить и дискутировать, искать истину, которая где-то рядом. Я вполне допускаю, что где-то я сурово облажался, поэтому не стесняйтесь указать на ошибки реальные и мнимые)))
Вернусь домой, докину пару видяшек, кстати