空间站微重力燃烧研究全球进展与展望

IT时代网6月23日消息，清华大学刘有晟副教授在《科技导报》撰文，深入剖析了国际空间站微重力燃烧研究的全球进展，对比各国实验部署模式，并回顾了中国空间站燃烧科学实验的发展方向。

微重力燃烧研究通过消除浮力对流的影响，揭示燃烧现象的本征特性与深层机理。20世纪50年代后期，东京大学Kumagai等为验证一维液滴燃烧模型进行了首次微重力实验。NASA最早的微重力研究课题之一源于低重力下推进剂罐中液体分布不受控制的问题，随后使用自由落体设施和抛物线飞机研究航天器材料可燃性，为1968—1972年阿波罗任务成功奠定基础。

国际空间站自1998年开始建造，2008年燃烧集成柜（CIR）和多用户液滴燃烧装置（MDCA）成功发射后，空间站微重力燃烧实验开始展现活力。2009—2013年实施的FLEX和FLEX-2项目是ISS首个系列燃烧实验；2017—2020年ACME系列研究揭示了气态层流火焰的熄灭极限和稳态冷火焰等现象；自2021年以来CIR已开始用于固体燃料点火和熄灭（SoFIE）实验。

微重力燃烧研究的重要成果包括：揭示微重力下可燃性极限与常重力存在显著差异，挑战了现有航天器防火安全标准；发现液滴冷火焰现象被评为"ISS 20年科学研究的20项突破"之一，相关研究论文从每年不足1000篇增长到3000篇以上；碳烟"壳"现象为研究火焰碳烟提供了独特机会。

中国空间站燃烧科学实验立项始于2014年前后。2022年发射的梦天舱搭载了燃烧科学实验柜，目前通过气体实验插件支持各类射流火焰实验。2024年，中国第一篇空间站微重力燃烧研究论文在国际期刊发表。根据载人航天工程办公室2023年发布的项目指南，中国空间燃烧科学初步划分为三个子领域：近可燃极限和基础燃烧研究、微重力下材料着火特性和防护研究、重要应用燃烧机理及转化研究。

文章指出，NASA在1994年微重力燃烧领域年度经费预算高达4.5千万美元，巨额投资使美国在国际空间站开始实验之前微重力燃烧研究成果在全球占绝对主导地位。中国需借鉴国际经验，在基础研究、航天器火灾安全和应用转化三个方向持续投入，构建完整的空间燃烧科学研究体系。

创作声明：本文借助AI辅助创作