超低压下为何火不灭？——面向未来的太空防灾战略

丰桥技术科学大学机械工程系的研发小组通过实验证明，即使在极端低压的环境下，没有火焰的燃烧也能持续。为查明其原因，研发小组全球首次成功地进行了详细测量。低压环境经常被用作太空封闭空间的标准设置条件，比如宇宙飞船内和月球基地等。所以此次的研究成果，可为不久的将来，载人航天任务的防灾战略提供不可或缺的基础信息。

蚊香和香烟等有很多空隙的固体物质能实现无火焰的缓慢燃烧。这种现象称为 “阴燃（又称无焰燃烧、慢燃等）”。被褥着火时，首先会持续一段时间的 “冒烟状态”，然后，火焰突然升高，火势迅速扩大，阴燃就相当于这种 “冒烟状态” 的燃烧。一般来说，有火焰的燃烧，只要在一定程度上切断氧气，火焰便会逐渐变弱并最终灭掉。通常，最多只要减压至大气压的1/3左右（～30kPa），火焰就会消失。

但是阴燃，即使压力远远低于大气压，其燃烧现象也不会停止，在纯氧（100％氧气）条件下，即便将压力降至大气压的1/100左右（～1kPa），依然会继续燃烧。虽然人们凭经验已经知道阴燃非常 “顽强”，但始终不清楚为何阴燃在如此恶劣的条件下还能持续。主要原因在于，火即将灭掉之前的燃烧强度明显变弱，就连插入温度感测器，也会造成燃烧状态的改变。

在本次研究中，为挑战这个谜题，研发小组制造出可忽略插入感测器产生的热影响的实验环境，全球首次成功地高精度测量了火灭之前的温度分布。具体来说，就是在线香上开通一个直径为0.2mm的小孔，把极细的自制温度感测器埋入孔中，然后再设置在接近灭火极限时也能稳定燃烧的高稳定性空间，从而实现了此次测量。

论文的第一作者山崎拓也博士介绍说：“在脆弱易断的2mm线香上，用钻孔机钻出0.2mm 的细孔本身就不是一件容易事，更何况还要在孔中埋入极细的温度感测器，其中的困难真是难以其表。实际上，做一次测量，仅准备就要花相当多的时间。如果不测试温度，就只能知道是燃烧了还是未燃烧，但通过成功测量接近灭火极限的温度，便发现即使是线香这种由细粒度材质构成的多孔材料，辐射也能将热量传递至距离发热部位数mm的预热部位，热量在该部位向周围的空气散发，因而火随之熄灭；如果压力降低，热量散发就会减少，预热部位就有可能会促进燃烧。温度分布虽然微不足道，但却不容小觑”。

图1：低压环境下的燃烧动态和燃烧极限

图2：温度测量时的情景

文 JST客观日本编辑部