Grandes bolas de fuego: cómo se comportan las llamas en el espacio

Dado que es una de las herramientas más antiguas de la humanidad, puede suponer que sabemos todo lo que hay que saber sobre el fuego. Y seguro, sabemos mucho: a medida que el aire caliente cerca de la base de una llama se eleva, la gravedad atrae aire más frío y denso para reemplazarlo. Es este ciclo de aire lo que proporciona oxígeno fresco y le da a las llamas sus características formas de lágrima.

Pero en un entorno de microgravedad, como el que experimentan los astronautas mientras están en órbita, todas las apuestas están canceladas. Aquí, el aire caliente aún se expande hacia afuera, pero no se mueve hacia arriba, porque no hay "arriba". En cambio, los incendios en el espacio se alimentan solo de las moléculas de oxígeno aleatorias que se topan con ellos por casualidad.

Es un proceso llamado difusión molecular y produce llamas esféricas que son diferentes de sus contrapartes terrestres en más de un sentido. No solo se queman mucho más lentamente y durante períodos de tiempo más prolongados, sino que también sobreviven con menos oxígeno y registran menos de 900 grados Fahrenheit, una fracción del calor emitido por la mayoría de las llamas terrestres.

Y, sin embargo, todavía hay mucho que los científicos no entienden sobre cómo funciona el fuego en microgravedad. ¿Son ciertos materiales más inflamables que otros? ¿Cuál es la mejor manera de extinguir una llama rebelde?

Estas preguntas son críticas para la seguridad de los astronautas que ya viven y trabajan en la Estación Espacial Internacional (ISS), y solo serán más importantes a medida que los humanos se preparen para viajes espaciales más largos. Afortunadamente, los científicos de la NASA están en el caso.

Para ser claros, la amenaza no es meramente hipotética. En 1997, por ejemplo, se inició un incendio a bordo de la estación espacial rusa Mir; se originó en un generador de oxígeno, llenando los módulos de la estación con humo tóxico y cortando el acceso a un vehículo de escape durante los varios minutos que vivió.

Una de las razones por las que el fuego es tan peligroso en el espacio es su falta de previsibilidad. A diferencia del suelo, donde la gravedad fuerza las llamas hacia arriba, las llamas en un entorno de microgravedad pueden propagarse en cualquier dirección. Lo mismo ocurre con el humo, lo que hace que la colocación de detectores de humo en una estación espacial (normalmente en el techo de la mayoría de los edificios) sea mucho más difícil.

Aunque la tripulación de Mir apagó rápidamente la llama errante con un extintor de incendios para evitar que creciera, los extintores que usan gases para apagar una llama son menos efectivos en el espacio que en la Tierra. Por un lado, el aparato puede literalmente avivar las llamas de un fuego dirigiendo aire y, por lo tanto, oxígeno, hacia él.

Al final, la llama se extinguió solo cuando el generador de oxígeno se vació. Durante las próximas horas, los sistemas de soporte vital de la estación limpiaron la atmósfera de Mir de todo el humo y la tripulación escapó del incidente sin daños significativos ni para ellos ni para la estructura de la estación.

Bien, hemos establecido que sellar estos vacíos en nuestro conocimiento sobre el comportamiento del fuego es claramente importante. Ahora bien, ¿cómo exactamente hacen eso los científicos?

Bueno, en 2008, la NASA creó su Combustion Integrated Rack (CIR) y lo envió a la ISS. Utilizado para jugar con seguridad con combustiones controladas en microgravedad, su hardware incluye una cámara de combustión de 26 galones y cinco cámaras diferentes que se han utilizado en miles de pruebas durante los últimos 15 años.

Muchas de esas pruebas fueron parte del Experimento de extinción de llamas, o FLEX, que comenzó aproximadamente un año después. Como sugiere el nombre, estos giraban en torno a apagar incendios en el espacio y, en última instancia, mejorar los sistemas de extinción de incendios en futuras naves espaciales. Con la ayuda de CIR, los investigadores a bordo de la ISS encenderían pequeñas gotas de combustible de heptano o metanol y registrarían los resultados.

Daniel Dietrich, científico del Centro de Investigación Glenn de la NASA, le dijo a la administración que "uno de los mayores descubrimientos, no solo en el programa de microgravedad, sino probablemente en los últimos 20 [a] 30 años de investigación de combustión ha sido durante los experimentos FLEX en la estación espacial".

¿El descubrimiento en cuestión? Después de que ciertos combustibles líquidos se extinguen en el espacio, vuelven a encenderse espontáneamente. En estos casos, la llama posterior, llamada "llama fría", arde a temperaturas más bajas y es invisible a simple vista.

Los científicos no están seguros exactamente de por qué sucede esto, pero desde un punto de vista práctico, hipotéticamente podríamos usar tales combustiones a baja temperatura para producir menos contaminantes del aire en los motores diesel en la Tierra. Estamos lejos de esa realidad, aunque una investigación realizada en junio de 2021 dio otro gran salto al repetir el fenómeno utilizando combustibles gaseosos en lugar de líquidos.

Sin embargo, podría decirse que la mejor parte de estudiar las llamas en el espacio es que la falta de gravedad simplemente... simplifica las cosas, en muchos sentidos. Mientras que la vela en su mesa de café puede parpadear, por ejemplo, como resultado de la inestabilidad impulsada por la flotabilidad, este no es el caso en microgravedad.

Otra serie de estudios de la NASA, la Combustión avanzada a través de experimentos de microgravedad (ACME), aprovechó esto para profundizar realmente en lo que hace una buena llama, una que sea eficiente pero que no emita una tonelada de contaminantes como el hollín. A partir de 2017, ACME examinó más de 1500 llamas en el CIR, en el transcurso de más de cuatro años.

El próximo paso en la investigación de la NASA es SoFIE, o encendido y extinción de combustible sólido. Este conjunto de experimentos, lanzado a la ISS en febrero de 2022 y que se espera que continúe hasta 2025, ayudará a la administración a elegir los mejores materiales y diseños ignífugos para "trajes espaciales, cabinas y hábitats".

Hay una gran cantidad de materiales en línea para ser probados, incluidos plexiglás y telas a base de algodón. Posteriormente, los resultados de SoFIE incluso se aplicarán a modelos matemáticos que pronostican cómo esos mismos materiales podrían quemarse en condiciones fuera de la microgravedad, incluso en la Luna, Marte o en cualquier otro lugar de nuestro sistema solar.

Pero no nos detendremos allí: los resultados podrían sentirse en la Tierra, si potencialmente renuevan los materiales a prueba de incendios para nuestros hogares, oficinas y aviones. Se podría decir que es la versión de la NASA de combatir el fuego con fuego.