Відколи Прометей подарував людям вогонь, людство далеко пішло шляхом прогресу. Але коли норовливий дар титану виходить з-під контролю, люди, як і раніше, борються з ним стародавніми методами. Так чому б не закликати на допомогу інструменти Зевса?
Шкоду, яку завдають пожежі, важко переоцінити. Людство постійно воює з вогнем, забезпечуючи пожежні служби на передовій новітнім озброєнням - від потужних водяних гармат і довгих автодрабин до індивідуальних дихальних апаратів і костюмів з жаропрочних матеріалів. Але ось «боєприпаси» використовуються все ті ж.
Вода гасить палаючі матеріали, охолоджуючи їх до температури нижче точки горіння, піна ізолює осередки вогню від кисню, газ витісняє повітря, позбавляючи вогонь підтримує горіння кисню (як і порошок, який при нагріванні виділяє негорючі гази). В принципі, ці дідівські методи не такі вже й погані - вони недороги і досить ефективні, поки мова йде про відносно «прості» пожежі. Тим часом у сучасному світі часті випадки, коли вода або піна категорично протипоказані: наприклад, при пожежах в центрах обробки даних або на електростанціях використовується газ (зазвичай вуглекислий) або порошок.
Людовіко Кадемартірі, ад'юнкт-професор факультету матеріалознавства Університету штату Айова, науковий співробітник Лабораторії міністерства енергетики США в Еймсі: "Контроль полум'я за допомогою електричних полів вельми перспективний у тих випадках, коли традиційні технології з пожежогасінням справляються погано: наприклад, пожежі в тісних внутрішніх приміщеннях кораблів або літаків. Ця технологія особливо стане в нагоді в тих випадках, коли нам потрібно не гасити вогонь, а саме керувати ним, - у двигунах внутрішнього згоряння, на ТЕС, у пальниках газового зварювання і різання ".
А вже конструкції із сучасних легких сплавів - це справжній кошмар для пожежників: палаючий магній здатний успішно витягувати необхідний для горіння кисень з води або вуглекислого газу. Додайте до цього складність і тісноту, скажімо, внутрішніх приміщень кораблів і літаків - і ось воно, справжнє пекло. Наведемо лише один приклад: у травні 2008 року на борту американського авіаносця «Джордж Вашингтон» почалася пожежа, яка завдала збитків на $70 млн, оскільки її не могли загасити протягом 12 годин.
Фізика замість хімії
У тому ж 2008 році американське Агентство оборонних ініціатив спільно з міністерством енергетики оголосили про початок фінансування дослідницького проекту IFS (Instant Fire Suppression, «Швидке придушення вогню»), в рамках якого планувалося розробити принципово нові підходи до гасіння пожеж.
Дослідники, які працюють за проектом IFS, зосередилися не на екзотермічній хімічній реакції, а на тому, що з точки зору фізики полум'я являє собою плазму, тобто іонізований газ. У рамках IFS розглядалися два основні підходи до управління вогнем - електромагнітний і акустичний вплив.
Те, що полум'я реагує на електричне поле, відомо вже майже двісті років, але тільки в 2011 році цей ефект вирішили використовувати в корисних цілях. На щорічній конференції Американського хімічного товариства група дослідників під керівництвом професора хімії Гарварда Джорджа Вайтсайдса продемонструвала, як полум'я при піднесенні електрода, до якого додано змінну високу напругу, згинається, ніби намагаючись відпрянути, а потім і зовсім гасне, відірване від «їжі» електричними силами: "Причина в тому, що полум'я - це плазма, тобто іонізований газ, до того ж містить заряджені частинки, такі як сажа, - говорить співавтор роботи Людовіко Кадемартірі. - Нам вдалося загасити полум'я палаючого метану площею близько 10 см, використовуючи досить компактне побутове джерело напруги потужністю близько 600 Вт ".
Голосно крикнути
Агентство DARPA розглядало в програмі IFS ще один підхід - акустичний. Виявляється, акустичні хвилі, випромінювані динаміками, цілком здатні погасити кювету з палаючим рідким паливом. Як з'ясували дослідження, в основі цього ефекту лежать дві основні причини. По-перше, акустичні коливання збільшують швидкість повітряних потоків і тим самим зменшують товщину поверхневого шару, де відбувається горіння. По-друге, акустичні хвилі впливають і на саму поверхню рідкого палива, збільшуючи швидкість випаровування, що збільшує площу горіння... але, з іншого боку, знижує температуру полум'я. А це дає можливість збити полум'я при впливі певних акустичних частот.
В експериментах, проведених групою вчених Хімічного факультету Гарвардського університету, метанова пальник поміщалося між двома електродами, екранованими скляною ізоляцією. На електроди подавалася електрична напруга, що створювала в просторі електричне поле напруженістю 75 кВ/м. На лівій картинці показано поведінку полум'я, зняте за допомогою шлірен-фотографії (метод візуалізації фазових спотворень у прозорих середовищах) при подачі постійної напруги на електроди. На правій - полум'я під впливом змінної напруги (800 Гц): «іонний» вітер розриває полум'я, здуваючи його з палаючих матеріалів.
Справа майбутнього
Звичайно, поки ці експерименти дуже далекі від практичного втілення і більше нагадують циркові фокуси. "Поки що ми вміємо гасити тільки сірники в попільничці і відхиляти полум'я, - говорить Метью Гудман, менеджер програми IFS з боку DARPA. Масштабування цих ефектів - дуже складне завдання ". Але перший крок до того, щоб в майбутньому мати можливість гасити почалася пожежа одним натисканням електричного вимикача, вже зроблений.