Как потушить огонь... молнией

Вода гасит горящие материалы, охлаждая их до температуры ниже точки горения, пена изолирует очаги огня от кислорода, газ вытесняет воздух, лишая огонь поддерживающего горение кислорода (как и порошок, который при нагревании выделяет негорючие газы). В принципе, эти дедовские методы не так уж и плохи — они недороги и довольно эффективны, пока речь идет об относительно «простых» пожарах. Между тем в современном мире часты случаи, когда вода или пена категорически противопоказаны: например, при пожарах в центрах обработки данных или на электростанциях используется газ (обычно углекислый) или порошок.

А уж конструкции из современных легких сплавов — это настоящий кошмар для пожарных: горящий магний способен успешно извлекать необходимый для горения кислород из воды или углекислого газа. Прибавьте к этому сложность и тесноту, скажем, внутренних помещений кораблей и самолетов — и вот он, настоящий ад. Приведем только один пример: в мае 2008 года на борту американского авианосца «Джордж Вашингтон» начался пожар, который нанес ущерб на $70 млн, поскольку его не могли потушить в течение 12 часов.

В том же 2008 году американское Агентство оборонных инициатив совместно с министерством энергетики объявили о начале финансирования исследовательского проекта IFS (Instant Fire Suppression, «Быстрое подавление огня»), в рамках которого планировалось разработать принципиально новые подходы к тушению пожаров.

Работающие по проекту IFS исследователи сосредоточились не на экзотермической химической реакции, а на том, что с точки зрения физики пламя представляет собой плазму, то есть ионизованный газ. В рамках IFS рассматривались два основных подхода к управлению огнем — электромагнитное и акустическое воздействие.

То, что пламя реагирует на электрическое поле, известно уже почти двести лет, но только в 2011 году этот эффект решили использовать в полезных целях. На ежегодной конференции Американского химического общества группа исследователей под руководством профессора химии Гарварда Джорджа Уайтсайдса продемонстрировала, как пламя при поднесении электрода, к которому приложено переменное высокое напряжение, изгибается, будто пытаясь отпрянуть, а потом и вовсе гаснет, оторванное от «пищи» электрическими силами: «Причина в том, что пламя — это плазма, то есть ионизованный газ, к тому же содержащий заряженные частицы, такие как сажа, — говорит соавтор работы Людовико Кадемартири. — Нам удалось потушить пламя горящего метана площадью около 10 см², используя достаточно компактный бытовой источник напряжения мощностью около 600 Вт».

Агентство DARPA рассматривало в программе IFS еще один подход — акустический. Оказывается, акустические волны, излучаемые динамиками, вполне способны погасить кювету с горящим жидким топливом. Как выяснили исследования, в основе этого эффекта лежат две основные причины. Во-первых, акустические колебания увеличивают скорость воздушных потоков и тем самым уменьшают толщину поверхностного слоя, где происходит горение. Во-вторых, акустические волны воздействуют и на саму поверхность жидкого топлива, увеличивая скорость испарения, что увеличивает площадь горения... но, с другой стороны, понижает температуру пламени. А это дает возможность сбить пламя при воздействии определенных акустических частот.

Конечно, пока эти эксперименты очень далеки от практического воплощения и больше напоминают цирковые фокусы. «Пока что мы умеем гасить только спички в пепельнице и отклонять пламя, — говорит Мэтью Гудман, менеджер программы IFS со стороны DARPA. — Масштабирование этих эффектов — очень сложная задача». Но первый шаг к тому, чтобы в будущем иметь возможность гасить начавшийся пожар одним нажатием электрического выключателя, уже сделан.