ACME项目：在国际空间站探索火焰的秘密

火不仅在古代对人类生活很重要，而且在我们的现代生活中仍然不可或缺。然而，人们对火焰行为的复杂性仍有很多不了解。来自学术界、美国宇航局格伦研究中心、该机构的生物和物理科学部门以及其他组织的一个研究小组最近在国际空间站完成了一系列调查，以获得对燃烧现象的更好理解。“微重力先进燃烧实验”(即ACME)项目的在轨测试开始于2017年，包括对气体燃料的非预混火焰的六次成功调查。

非预混火焰，如蜡烛火焰，是指燃料和氧化剂在反应或点燃前保持分离。预混合火焰发生在许多上述的日常使用场景中，当燃料和氧化剂在反应前被混合时。

“微重力环境使研究人员能够在没有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基本物理学，”美国宇航局格伦研究中心ACME项目科学家Dennis Stocker说。“这些知识可以帮助地球上的设计师和工程师开发出效率更高、污染更少、更安全的炉子、发电厂、锅炉和其他燃烧系统。”

研究人员进行的六个ACME实验分别是：

• 燃烧速率模拟器（BRE）：证明了材料可以在没有气流的情况下在乘员飞行器大气层中燃烧几分钟，正在考虑用于未来任务。

• 同向层流扩散火焰（CLD火焰）--在烟尘和高度稀释的极端情况下产生了基准数据，以改进计算模型。

• 气体冷焰研究（CFI-G）--产生了气体燃料的非预混冷焰，没有增强功能，如加热反应物、脉冲等离子体或臭氧添加，这些都是地面测试中需要的。

• 电场对层流扩散火焰的影响（E-FIELD火焰）--展示了利用电场减少非预混火焰排放的潜力。

• 火焰设计--首次展示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。

• 球形扩散火焰的结构和反应（s-Flame）--为改进计算模型提供了关于火焰增长和熄灭的数据。

这些实验是在空间站的燃烧集成架（CIR）上用一套单一的模块化硬件进行的。这些试验是由位于克利夫兰的美国宇航局格伦国际空间站有效载荷操作中心远程指挥的。

Stocker说：“超过1500个火焰被点燃，是最初计划数量的三倍多。还取得了几个‘第一’，也许最值得注意的是在冷却和球形火焰领域。”

Stocker表示，在四年半的在轨运行期间，来自美国宇航局格伦研究中心、学术界和ZIN技术公司的大约50名人员支持ACME项目。此外，来自6个国家的30多名机组人员在为每次调查设置硬件，以及在需要时更换气瓶、点火器头和其他特定实验硬件方面发挥了重要作用。

ACME硬件已经从CIR中移除，以便为2022年2月发射的固体燃料点火和熄灭（SoFIE）硬件腾出空间，这是NASA在轨燃烧研究的下一个步骤。ACME硬件计划在未来几个月内返回地球，打算在未来的实验中再次发射到空间站。