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【地点:月球基地】
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袁岚峰:等等,这根蜡烛真的能点吗?
在地球上,它只是一簇小火苗。但在月球上,它可能意味着一种完全不同的危险。
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袁岚峰:在地球的重力下,我们点燃一根蜡烛。这时候火焰加热周围的空气,热空气变轻就会往上跑,周围的冷空气带着新鲜氧气,从下面补过来。火焰周围,就形成了一股看不见的上升气流。这股上升气流把火苗拉长了,变成了我们熟悉的泪滴型。同时,火焰有些地方燃烧得不够充分,就会产生细小的碳烟颗粒。这些颗粒像黑体一样,辐射出连续的可见光。所以,人眼看起来火苗就又黄又亮。
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袁岚峰:可是,当我们把这根蜡烛,带到38万公里外的月球基地,月球火焰还会向上燃烧吗?
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【地点:中国科学技术大学火灾安全全国重点实验室】
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袁岚峰:为了搞清楚这件事,我从月球又来到了中国科学技术大学火灾安全全国重点实验室,在这听听胡隆华老师怎么说。
胡隆华:这是一个非常有趣的问题啊。前面我们已经看到,就是哪怕对于这种最基本的燃烧现象,比如说蜡烛的燃烧,那么浮力都是发挥着至关重要的作用。当我们来到了月球,月球是一个典型的低重力环境,它的重力加速度只有地球的六分之一。那么在空间微重力或者低重力情况下,自然对流大大降低,甚至没有。那这个时候,维持燃烧的氧气与燃料的之间的混合,主要靠分子扩散运动,从而呈现出不足的一种状况。
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胡隆华:那么这个时候,这个火焰为了维持自己的生命,它会想出自己的办法,出现一些很有趣的现象。比如说如果是一个固体可燃物的表面,人们就发现,它可能在表面火蔓延过程中,形成像指尖状的一个结构,从而增大自身火焰与氧气的接触面积,来维持它的燃烧。而更为重要的一个事情是什么呢?就是说我们在国际空间站发现了冷焰。在地球常重力环境下呢,我们知道这个火焰的温度可以到1000度。而在空间站微重力环境下呢,科学家们发现了温度仅200、500度的冷焰,这也被国际空间站列为近二十年20大科学发现之一。那么这种微弱的维持低温燃烧的火焰,它一旦遇到可燃物,还会继续燃烧。所以说,它就像一个幽灵和一个隐形杀手,时刻威胁着我们航天器的安全。
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袁岚峰:按照现在的计划,2035年我国要在月球南极建设国际月球科研站,所以研究月球火灾,确实是个非常现实的问题啊。
胡隆华:是的。举一个简单的例子,大家在我们的房间里面,我们可以看到,顶棚上我们会装一些火灾探测器。因为地球的浮力比较强,它可以迅速把火灾产生的这种产物,比如说烟颗粒、气体,输送到顶棚,它会在火灾的极早期来报警。那么在月球上呢,这种探测器到底怎么样安装,它怎么样来实现报警,可能完全不一样。由于它是个低重力的环境,这个时候它的产物呢,可能会被微弱的通风气流,带到我们的管道里、一些狭缝里。所以说,首先我们这个探测器的布设位置,可能要重新考虑。另外一个,我们的探测器呢,是根据火灾产生的这种产物,比如说颗粒,比如说气体成分,它的阈值来进行报警的。
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胡隆华:那么我们已经发现了,在月球弱重力环境下呢,它的颗粒的形貌,比如说它的尺寸,它的半径,它的维数等,会与地面常重力显著不同。同样它的产物,比如说它的一氧化碳等等也会显著不同。所以说,我们如果仅仅是照搬地球上的措施到太空里面,可能会出现误报或者漏报。比如说我们大家都知道,我们神七航天员在出舱的时候,就出现了一个误报的一个火警,这也是证明,我们需要在月球重力的环境下,来重新审视我们的防火问题。
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袁岚峰:真是防不胜防啊。
胡隆华:是的。在太空探索的过程中呢,防可能比灭更为重要。所以防呢,我们就是要实现,在我们运送到空间里的材料,使它烧不起来。那我们要对它进行一些阻燃,或者是减毒、降烟的一些措施。这里面也有一个非常有意思的一个现象、结论,就是说我们可以看到,在太空里微重力的火焰,它是一个更淡的、更微弱的一个状态,温度也更低。那么这是否意味着,我们在空间里的火灾,它更容易熄灭或者更安全?
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胡隆华:事实并不是这样。在这里面对材料的评价,有一个非常重要的指标叫熄火极限氧浓度。就是我们把这个环境的氧气浓度,降到一定程度,这个火灾火焰就不能维持。我们已经明确地发现,在空间微重力的环境下,我们需要更低的熄火极限氧浓度才能达到熄灭火焰的目标。也就是说它更难熄火。所以说,我们需要来重新审视我们这个材料,在空间这种微重力或者低重力,比如说月球低重力环境下,它的材料安全标准。
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胡隆华:当然,灭可能是更困难的。因为一旦空间太空里面发生火灾,比如说空间站,或者月球科研基地发生火灾,因为它没有办法像地面上一样,利用那么多的灭火资源来实现灭火。
所以第一步,它可能要将火灾扼杀在萌芽状态。比如说很小的火焰的时候,它可能会有一些便携式的这种灭火器,或者灭火手套把它灭火。但一旦火灾进一步扩散以后,我们首先要做的事情是,要阻止向着火区域的进一步通风,从而降低向着火区域的进一步供应新鲜的氧气,从而达到控制火灾,使它不进一步蔓延的目的。通风呢,还可能把我们火灾产生的烟等毒性气体,带到其他区域。
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胡隆华:另外一个方面呢,我们要切断电源,寻找火源发生的位置,然后再向火源燃烧区域输送惰性气体,比如说二氧化碳等灭火剂,来抑制这个火焰,达到灭火的目的。这个火灾发生以后,包括我们火灾产生一些危险的产物,我们也可能需要一些措施来进行洗消,使这个环境,回到我们发生火灾以前的状态。
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胡隆华:那么在未来,我们也可以发展月球基地的智能机器——灭火机器人。那么这样的机器人,可以实现自动的寻找火焰的位置,自动的高效的扑灭火灾的一个目的,从而达到有效的控制火灾的一个效果。”
袁岚峰:几百万年前,人类掌握的第一种自然力量就是火。但当我们走向深空的时候发现,我们又需要重新学习如何驾驭火焰。无论环境如何改变,人类探索未知、守护文明的科学之火,将生生不息,向上燃烧。
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■ 作者简介
袁岚峰
中国科学技术大学科技传播系副主任
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员
科技与战略风云学会会长
风云之声
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