Grandi palle di fuoco: come si comportano le fiamme nello spazio

Dato che è uno degli strumenti più antichi dell'umanità, si potrebbe supporre che sappiamo tutto quello che c'è da sapere sul fuoco. E certo, sappiamo molto: quando l’aria calda vicino alla base di una fiamma sale, la gravità attira aria più fredda e densa per sostituirla. È questo ciclo d'aria che fornisce ossigeno fresco e conferisce alle fiamme la caratteristica forma a goccia.

Ma in un ambiente di microgravità, come quello sperimentato dagli astronauti mentre sono in orbita, tutte le scommesse sono perse. Qui l’aria calda si espande ancora verso l’esterno, ma non si muove verso l’alto, perché non esiste un “verso l’alto”. Invece, gli incendi nello spazio sono alimentati solo dalle molecole di ossigeno casuali che vi si imbattono per caso.

È un processo chiamato diffusione molecolare e produce fiamme sferiche diverse dalle loro controparti terrestri in più di un modo. Non solo bruciano molto più lentamente e per periodi di tempo più lunghi, ma sopravvivono anche con meno ossigeno e raggiungono una temperatura inferiore a 900 gradi Fahrenheit, una frazione del calore emesso dalla maggior parte delle fiamme terrestri.

Eppure, c’è ancora molto che gli scienziati non capiscono su come funziona il fuoco in condizioni di microgravità. Alcuni materiali sono più infiammabili di altri? Qual è il modo migliore per spegnere una fiamma canaglia?

Queste domande sono fondamentali per la sicurezza degli astronauti che già vivono e lavorano nella Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e diventeranno sempre più importanti man mano che gli esseri umani si preparano per viaggi spaziali più lunghi. Fortunatamente, gli scienziati della NASA si stanno occupando del caso.

Per essere chiari, la minaccia non è solo ipotetica. Nel 1997, ad esempio, si divampò un incendio a bordo della stazione spaziale russa Mir; ha avuto origine in un generatore di ossigeno, riempiendo i moduli della stazione di fumo tossico e interrompendo l'accesso a un veicolo di fuga durante i diversi minuti di vita.

Uno dei motivi per cui il fuoco è così pericoloso nello spazio è la sua mancanza di prevedibilità. A differenza del suolo, dove la gravità spinge le fiamme verso l’alto, in un ambiente di microgravità le fiamme possono diffondersi in qualsiasi direzione. Lo stesso vale per il fumo, rendendo molto più difficile il posizionamento dei rilevatori di fumo in una stazione spaziale (tipicamente sul soffitto nella maggior parte degli edifici).

Sebbene l’equipaggio della Mir abbia rapidamente spento la fiamma vagante con un estintore, impedendone la crescita, gli estintori che utilizzano gas per spegnere una fiamma sono meno efficaci nello spazio che sulla Terra. Innanzitutto, l’apparato può letteralmente alimentare le fiamme di un incendio dirigendo l’aria – e quindi l’ossigeno – verso di esso.

Alla fine la fiamma si spense solo quando il generatore di ossigeno si fu svuotato. Nelle ore successive, i sistemi di supporto vitale della stazione ripulirono l'atmosfera di Mir da tutto il fumo e l'equipaggio fuggì dall'incidente senza danni significativi né a se stesso né alla struttura della stazione.

OK, quindi abbiamo stabilito che colmare queste lacune nella nostra conoscenza del comportamento del fuoco è chiaramente importante. Ora, come fanno esattamente gli scienziati a farlo?

Bene, nel 2008 la NASA ha creato il suo Combustion Integrated Rack (CIR) e lo ha inviato alla ISS. Utilizzato per manipolare in sicurezza le combustione controllate in condizioni di microgravità, il suo hardware include una camera di combustione da 26 galloni e cinque diverse fotocamere che sono state utilizzate in migliaia di test negli ultimi 15 anni.

Molti di questi test facevano parte del Flame Extinguishment Experiment, o FLEX, iniziato circa un anno dopo. Come suggerisce il nome, questi ruotavano attorno allo spegnimento degli incendi nello spazio e, in definitiva, al miglioramento dei sistemi di soppressione degli incendi sui futuri veicoli spaziali. Con l'aiuto di CIR, i ricercatori a bordo della ISS accenderebbero minuscole goccioline di combustibile eptano o metanolo e registrerebbero i risultati.

Daniel Dietrich, uno scienziato del Glenn Research Center della NASA, ha detto all'amministrazione che "una delle più grandi scoperte, non solo nel programma sulla microgravità, ma probabilmente negli ultimi 20 [o] 30 anni di ricerca sulla combustione è stata durante gli esperimenti FLEX su la stazione spaziale."

La scoperta in questione? Dopo che alcuni combustibili liquidi si sono estinti nello spazio, si riaccendono spontaneamente. In questi casi, la fiamma successiva, detta “fiamma fredda”, brucia a temperature più basse ed è invisibile a occhio nudo.