La Combustión en el Espacio

¿Alguna vez te preguntaste por el fuego en el espacio?

NASA

Cuando la Estación Espacial MIR surcaba los cielos más allá del horizonte, la curiosidad humana buscaba los límites. Uno de los experimentos mas curiosos realizados fueron las pruebas de combustión, es decir, encender fuego en un ambiente de microgravedad. Puede ser una tontería, pero al estar en un ambiente espacial, el fuego no funciona como en la Tierra. Además puede ser muy peligroso, recordemos cuando en una prueba de preparación de lanzamiento del Apollo-1, una simple chispa quemó la nave y mató a los tres astronautas.

NASA

Estas pruebas consistieron en quemar dentro de la microgravedad de la Estación MIR, pequeñas hojas de papel, hilos aislados de polietileno, muestras cilíndricas y velas. Una prueba muy controlada, dado que los parámetros fueron los tamaños de las muestras, los niveles de precalentamiento del combustible y la velocidad del aire a baja velocidad. Los datos se recogieron a través de cámaras de vídeo, grabaciones de audio de las observaciones y fotografías. Se pudo registrar la temperatura de la llama, y varios fenómenos únicos fueron observados, de hecho, los resultados tiene implicaciones sobre la seguridad contra incendios en las naves espaciales. Estos incluyen la influencia del flujo de aire, la fusión de combustible y su burbujeo, además de la generación de vapor de combustible, y la condensación después de la llama extinguida (Combustion Experiments on the MIR Space Station).

NASA

La combustión se produce cuando el combustible y el oxigeno reaccionan entre sí para producir dióxido de carbono, agua y calor. Las llamas en la Tierra son impulsadas por corrientes de convección, esto es lo que produce las llamas ascendentes en una vela o en una hoguera. 

NASA - Ala derecha una llama en la Tierra, la otra en el espacio

Sin embargo en Microgravedad la convección no ocurre, por lo que la combustión se produce cuando el oxigeno fresco se difunde hacia adentro y los combustibles se difunden hacia fuera. La combustión en microgravedad es mas simple que en la Tierra.

ESA - Llama en microgravedad

Un mejor conocimiento de la combustión en gravedad reducida es esencial para adaptar conceptos y sistemas de seguridad contra incendios, por ello en la Estación Espacial Internacional se realizan experimentos de combustión en un ambiente de baja gravedad.

NASA

Si un incendio estallara en una nave espacial en órbita, los astronautas lucharían contra las llamas de manera diferente a la Tierra, aunque la mejor manera de combatir un fuego es evitar que comience. A medida que los gases calientes de una llama aumentan, crean corrientes de aire que traen aire fresco al fuego. Esto no sucede en el espacio, no hay flotabilidad para las llamas. Sin aire, los incendios no se propagan, pero en la Estación Espacial Internacional existen ventiladores que reemplazan la convección natural del aire, con el peligro de alimentar cualquier fuego. Pero a diferencia de la Tierra, el fuego puede propagarse en cualquier dirección.

ESA - Quemando combustible, experimento BASS

Pero, ¿como se detecta un fuego en el espacio?. En la Tierra existen detectores de humo, que normalmente se instalan en los techos, porque esa es la dirección que lleva el humo, en cambio en el espacio, los detectores se instalan dentro del propio sistema de ventilación.

NASA

Por suerte, en la ISS todavía no se ha experimentado ningún incendio. Pero, hay que recordar que en la Estación Espacial rusa MIR tuvo lugar un incendio en 1997. El fuego prevenía de un generador de oxigeno, donde el oxigeno suministraba una fuente de combustible. Las pruebas demostraron que el generador tenía que funcionar fuera del oxigeno para que el fuego se quemara. El incendio de la MIR duró 15 minutos y puso en peligro la estación espacial. Los fallos de las unidades de electrolisis y los problemas con los controles ambientales y de actitud, parecían alterarse con fallos de la computadora y apagones. Pero el que dejó in-operativo la Estación MIR fue una colisión en junio de 1997 con el vehículo de trasporte Progress, que rompió la integridad del casco y dejó inhabitable ese módulo.

Si se produjera un incendio en la ISS, los astronautas se convertirían en bomberos y seguirían un plan de respuesta ya planeado. Primero se apaga el sistema de ventilación para reducir la propagación del fuego, luego se debería cerrar la alimentación a la unidad afectada, y finalmente los astronautas deberían usar los extintores para apagar las llamas. 

NASA

Aunque todos los sistemas se revisan, nunca se sabe si un desperfecto puede provocar un incendio, para ello los astronautas están preparados para responder a cualquier tipo de emergencia, incluso podrían abandonar la ISS en la nave espacial preparada para evacuaciones de emergencia.

En la ISS se han realizado varios experimentos de combustión  a lo largo de su vida orbital, en el experimento FLEX-2, de extinción de llama, se utilizaron pequeñas gotas de combustible para estudiar las características espaciales de la quema de gotas esféricas de combustible en el espacio. Los estudios experimentales FLEX-2, se vio como se alimentaban rápidamente las llamas, las condiciones requeridas para formarse hollín, y como se evaporaban las mezclas de combustibles. Su estudio busca que las naves espaciales sean mas seguras, así como de buscar una mayor eficiencia de combustible para los motores que utilizan combustibles líquidos en la Tierra y en el espacio.

En anteriores misiones del transbordador espacial también se realizaron experimentos de combustión, como en la misión STS-73, en octubre de 1995, en la misión STS-83 de abril de 1997, y en la misión STS-94 de julio de 1997. Todos ellos con vistas a la detección de incendios en entornos de exploración espacial.

En el experimento Burning and Suppression de Solids-II (BASS_II), los científicos investigan la combustión de una amplia variedad de materiales sólidos, incluyendo muestras de plástico y tejido con geometrías diferentes. Todos estos materiales se queman dentro de una instalación contenida que proporciona un ambiente de seguridad para quemar las llamas a bordo de la estación. Realmente se busca una mejor comprensión del comportamiento de la llama en el espacio, y una búsqueda de materiales mas seguros.

NASA - 

Experimento BASS (NASA) 

NASA - Experimento BASS 

Otro experimento en el espacio ha sido el Saffire-I, en el que se quemó una mezcla de fibra de algodón y material, para ver como se comportaba en el espacio. Los destellos de la luz LED verde se usaron para mostrar el contraste de observación de los patrones de humo mientras se quemaban los materiales. El recinto del experimento tenía aproximadamente medio metro de ancho por un metro de profundidad por 1,3 metros de largo, y consistía en un conducto de flujo y una bahía de aviónica. Dentro del conducto de flujo, la mezcla de fibra de algodón y fibra de vidrio quemada midió 0,4 metros de ancho por un metro de largo. Antes de este experimento, los materiales quemados en el espacio eran muy pequeños.

"Combustion Science" en la ISS (PDF en ingles)

Fuente: NASA / ESA