國際空間站微重力燃燒項目規劃及進展

薛 源，徐國鑫，胡松林，高郁晨，何新星

(中國航天員科研訓練中心，北京100094)

1 引言

在微重力條件下，由于浮力作用被抑制，燃燒現象中的基本過程及效應更加凸顯，可有助于提取燃燒過程的基本數據，深化對于燃燒的認識[1]。 因此，微重力燃燒科學研究一直是國際微重力科學研究的重點和前沿領域之一，也是NASA 極為關注的方向之一。

2015 年，NASA 發布了《國際空間站燃燒科學研究指南》[2]，與2011 年規劃[3]相比，研究重點仍集中在基礎燃燒科學及防火安全研究領域。 基礎燃燒科學研究方向主要為液滴、氣體及固體燃燒研究。 新規劃中，增加了對預混火焰、冷焰的研究導向；明確了氣體、固體燃燒的主要研究平臺并細化了研究內容。 防火安全方面，規劃闡述了貨運飛船防火安全、材料可燃性篩選的重要性，并計劃建設新實驗設施拓寬研究手段。 此外，也增加了針對未來貨運飛船反應系統的超臨界水氧化系統等先進燃燒技術的新實驗設施的研究指引。 后續NASA 利用國際空間站的相關燃燒設備平臺依次策劃或實施了液滴燃燒-冷焰、7 個氣體燃燒、5個固體燃燒項目；防火安全方面，NASA 應用貨運飛船平臺及地基平臺開展貨運飛船防火安全研究，通過國際合作開展材料可燃性評價標準研究，策劃了新的封閉燃燒項目，并推進高壓燃燒室、微重力風洞、低重力落塔等一系列新實驗及設施的建設。

本文介紹了近期NASA 在空間站及貨運飛船等平臺開展的微重力燃燒科學的研究規劃、動態及進展，以期為中國未來空間站的微重力燃燒科學發展提供參考依據。

2 基礎燃燒研究項目

目前，NASA 在ISS(International Space Station)的基礎燃燒研究主要集中在液滴燃燒、氣體燃燒、固體燃燒3 個方面，對應的主要實驗裝置分別為MDCA(Multi-user Droplet Combustion Apparatus)、微重力高級燃燒實驗裝置ACME(Advanced Combustion via Microgravity Experiments)、

固體燃料點火與熄滅裝置SoFIE(Solid Fuel Ignition and Extinction)，3 個裝置均為燃燒集成架CIR(Combustion Integrated Rack)[4]上的插件設施，設備參數見表1。 CIR 由光學工作臺、燃燒室、燃料和氧化劑控制系統、探測分析系統、環境管理系統、攝像機等組成，容量100 L，工作壓力0.02～3 atm。 除自身可進行燃燒實驗外，還可為MDCA 等插件設備提供電力、燃料、氣體環境及檢測支持。 此外，空間站的微重力手套箱MSG(Microgravity Science Glovebox)也具備燃燒實驗功能，可支持部分實驗。

按照NASA 計劃依次按照MDCA、ACME、SoFIE 的順序分別開展液滴、氣體和固體燃燒研究(圖1)，3 個項目預計2023 年完成[5]。

圖1 CIR 空間燃燒研究時間表(2017 年公布）[5]Fig.1 NASA CIR space combustion research schedule(released in 2017）[5]

2.1 液滴燃燒研究

NASA 利用MDCA 已進行了火焰熄滅FLEX(Flame Extinguishment Experiment)系列實驗，研究液體燃料的燃燒過程和可燃極限等方面。FLEX 系列研究特色是對微重力低溫化學反應冷焰(Cool Flame)現象的發現與研究。 地面冷焰研究主要集中在燃料混合物多級點火的預混系統方面[6]，而在ISS 的FLEX 系列實驗中，發現了單一大顆粒的正構烷液滴擴散火焰也可出現冷焰現象[7]，超出研究人員預期。 由于冷焰在新燃料的開發、選擇和先進內燃機的設計中起著關鍵作用，對噴霧燃燒和消防安全都具有重要意義，因此NASA 利用MDCA 裝置開展了獨立于FLEX 的微重力冷焰研究項目CFI(Cool Flame Investigation)，在FLEX 系列實驗結束后開展，研究周期為2016～2018 年。

表1 ISS 小型燃燒試驗裝置硬件信息[2]Table 1 Hardware information of ISS combustion insert device

CFI 項目主要目的包括：①通過在微重力液滴燃燒實驗研究烷烴的低溫燃燒特性，建立新的燃燒計算模型，用于計算地面實際應用燃燒的性能和效率；②研究多種燃料液滴的低溫燃燒行為，確定低溫火焰燃燒特性與燃料的辛烷值/十六烷值之間的關系；③研究燃料添加劑對低溫化學反應的影響，進一步探索烷烴的低溫化學性質[8]。

在進行CFI 實驗時，由CIR 的燃料氧化劑管理系統對燃燒室進行環境氣體充氣，將預定大小的液滴部署在MDCA 裝置內，然后用2 個對稱的熱線點火器進行點火后開始實驗。 實驗診斷系統記錄各種燃燒數據及化學發光現象[8]。 研究結果顯示，只有大顆粒的正烷烴液滴顆粒才會出現低溫燃燒現象，在一定條件下其燃燒行為可歷經2～3 個階段，如在高壓以及特定的氦代氮取代率下(20%＜XHe＜60%)，大顆粒球形對稱正烷烴出現三級燃燒行為：即經典的熱焰(～1500 K)、輻射衰減后中等溫度的溫焰(～970 K)，最終過渡為準穩態冷焰。 3 種燃燒狀態下火焰反應區及近場區域的中間反應產物及生成速率均具有顯著差異，準穩態的“冷焰”只出現在負溫度系數化學作用區域，而低溫燃燒的產物主要為H2O、CO、H2O2、CH2O 及C2H4等不完全反應產物[9-10]；在大多數情況下，冷焰的熄滅會伴隨蒸汽云出現，其主要成因為低溫燃燒過程中的燃料泄流。 在冷焰燃燒中，環境氧濃度是十分重要的影響因素，可影響冷焰的燃燒速率、火焰偏距比例以及負溫度系數區域的溫度等常量，而CO2的稀釋對這些常量幾乎沒有影響[11-12]。 CFI 的研究對火焰燃燒過程的動力機制有了更深入的闡釋，對高效燃燒的控制與技術開發具有重要指導意義，可用于發動機溫度控制和燃料及助劑的優化設計。

2.2 氣體燃燒研究項目

基于ACME 裝置的系列研究專注于先進的燃燒技術，主要目標是提高地面燃燒效率、減少污染物排放以及航天器的防火安全。 目前，ACME已公布確立5 個獨立實驗和1 個合作項目，主要研究層流、氣體和非預混火焰。 項目前期實驗及論證主要通過地面落塔、失重飛機、空間站實驗進行。 NASA 獨立實驗項目為：同流層擴散火焰研究CLD Flame 項目(Coflow Laminar Diffusion Flame)、電場層擴散火焰E-FIELD Flames 項目( Electric-Field Effects on Laminar Dffusion Flames)、燃燒速率模擬BRE 項目(Burning Rate Emulator)、火焰設計實驗項目(Flame Design)、球形擴散火焰的結構與響應S-Flame 項目(Structure and Response of Spherical Diffusion Flames)[13]。

研究對象為不同狀態下的氣體燃料燃燒，研究內容包涵火焰模型建立與驗證、火焰控制、微重力下燃料的可燃性極限、燃燒煙灰產生和控制等內容。從研究定位來看，ACME 項目主要偏重于燃燒在能源環境方面應用的研究。 目前，ACME 項目中的CLD Flame 項目與E-FIELD 項目已完成，其關于微重力對電場火焰及高稀釋有煙同流火焰的影響初期研究結果在第11 屆美國國家燃燒會議上發布[14-15]，目前進行的項目為BRE、Flame Design、S-Flame 實驗。

此外，NASA 和國家科學基金會于2017 年批準了新的氣體冷焰研究合作項目-球形冷擴散火焰項目(Spherical Cool Diffusion Flames Burning Gaseous Fuels)，實驗載荷計劃于2020 年2 月搭乘龍飛船(CRS-20)入駐ISS 開展實驗，預計2021年完成[16]。 ACME 項目概況見表2 所示。

在已進行的E-FIELD Flames 電極網對層流擴散火焰影響實驗中發現電場具有控制火焰成煙灰的能力。 研究發現30%的C2H2(N2稀釋)在高電場下不會形成煙灰，主要原因為電場增強了燃料在火焰內部燃燒，反應更劇烈充分，從而減少了火焰表面的燃料之間相互反應產生的煙灰[23]。

在已進行的CLD Flame 前期實驗中，觀察到同流火焰初始火焰較小較亮，隨著燃料流與同流空氣流量的增加，火焰逐漸從燃燒器分離并抬升的行為，其主要原因為流動條件對火焰反應區域的影響。 在后續不同燃料混合濃度的同流燃燒實驗，研究表明隨著燃料所占比例以及同流流速的增加，同流火焰及其抬升火焰的尺寸均有所增加[23]。

表2 ACME 項目概況Table 2 Overview of ACME project

BRE 實驗進行了最大燃料流實驗，實驗中火焰最先膨脹到有足夠氧氣支撐的程度，此時火焰被CO2與水蒸氣覆蓋。 由于氧氣輸送能力下降，火焰逐漸減弱，熱損失導致火焰頂部發生局部淬滅，火焰頂部“打開”，而淬滅后的火焰頂部的燃料得以接觸氧氣，使得火焰又迅速恢復形成火焰閉合，形成了一個周期性的“洞”。 該條件下的火焰呈現不對稱性，最終大部分火焰熄滅，其余火焰呈現螺旋向上延伸的環狀。 實驗中也出現了長時間的火焰底部與燃燒器分離現象。 而在低流量的燃燒實驗中，火焰則處于穩定的狀態[23]。

ACME 的Flame Design 項目發現通過改變火焰燃燒時的燃料-O2-N2分配混合形式可以有效降低煙灰的形成，將N2從空氣中分離出來與燃料混合在O2中燃燒，相比之前正常的燃料-空氣混合燃燒，在各成分比例不變的情況下，火焰結構有巨大改變，燃燒更強烈，火焰穩定性更強，該發現進一步驗證了燃料稀釋對于燃燒具有重要影響[24]。目前，NASA 在前幾次實驗中成功實現了無煙灰燃燒，后續將從流場和火焰結構2 個方面去探索該現象的機制[23]。

此外，NASA 計劃在ISS 上再次進行預混氣體燃燒實驗(Premixed-Gas Combustion)，實驗裝置沿用航天飛機任務時期進行的預混氣燃燒實驗裝置，結構主要包括燃燒管、霧化器、分離器、點火裝置等。 NASA 計劃通過改造后適配于CIR 再次開展實驗，實驗目的包括：①準確測定層流火焰的速度特性；②準確測定貧燃料混合物的燃燒極限。該項目研究結果可服務于發動機研究領域，如在高功率條件下減少氮氧化物排放，并在低功率條件下降低CO 未燃燒的碳氫化合物。 目前該項目仍在準備階段，預計2021 年開展[25]。

2.3 固體燃燒研究項目

固體燃料點火與熄滅實驗(SoFIE)于2009年項目確立，其前置實驗為固體燃燒和熄滅BASS(Burning and Suppression of Solids)系列實驗，由5個獨立項目組成，主要研究在不同壓力和氧氣環境下固體表面燃燒及可燃性，旨在深入了解固體在微重力條件下的燃燒行為，提高未來航天應用材料的防火安全。 相比之前的研究，SoFIE 項目將測試條件擴展到富氧和多種壓力環境，并改進火焰的速度控制及診斷能力。 按照NASA 公布的計劃[5]，SoFIE 項目將在ACME 項目后進行。

SoFIE 項目的5 個子項目為保留時間驅動的火焰擴散項目RTDFS(Residence Time Driven Flame Spread)、窄通道設施研究項目NCA(Narrow Channel Apparatus)、增長與熄滅極限項目GEL(Growth and Extinction Limit)、材料著火和抑制實驗項目MIST(Material Ignition and Suppression Test)、航天器材料微重力易燃性研究SMμRF(Spacecraft Materials Microgravity Research on Flammability)[26-27]。 從研究定位來看，SoFIE 項目著重于未來航天飛行防火安全的研究，并致力于改進和發展新的防火安全研究手段。SoFIE 項目概況見表3。

SoFIE 項目雖未正式開展，但NASA 在前期的BASS 系列及其他研究中發現[31-32]，固體可燃物在低速氧化劑流中受到外部熱輻射的點火時間比在正常重力條件下的點火時間短，同時，在氧濃度低于17%時的火焰傳播速度更快。 較低的燃燒所需極限氧濃度也意味著在一定條件下，航天器中的可燃材料比在地球上的易燃，同時也可能需要更多的滅火劑進行滅火等。 這些研究結果對NASA 現有的微重力防火安全認知提出了挑戰。 因此，SoFIE的立項內容是對前期研究結果進行了延續與傳承，如RTDFS 對研究材料的外形進行了擴展，GEL 的研究覆蓋整個長期燃燒過程，NCA 與SMμRF 項目則將對現有材料的防火選拔標準進行改進，同時，MIST 項目應用外加熱流道，擴展了微重力下的燃燒實驗手段[28]，可更好探索大氣環境因素對材料燃燒的影響。 值得注意的是，在NCA 項目前期研究中，證實了在1 atm 壓力下，地面常重窄通道能夠成功模擬微纖維、PMMA 薄片的燃燒，進一步支持窄通道技術可作為NASA 材料易燃性測試的可行性選擇，未來將對厚材料進行測試，以進一步研究可行性。 通過NCA 研究，NASA 期望在地面常重狀態下獲得對材料微重力熱行為的評估能力，從而大大提升飛行器的防火設計效率。

綜上所述，通過SoFIE 項目的系列研究，NASA 將進一步豐富材料燃燒基礎認識及提高未來飛行器的防火安全性能。

2.4 高壓超臨界燃燒研究

在2015 年規劃中，NASA 也提出了針對未來航天器反應系統的研究導向—高壓超臨界燃燒系列研究。 與傳統燃燒技術不同，該項目主要研究微重力下的超臨界及亞臨界水熱化學反應，其中的超臨界水氧化技術SCWO(Supercriti-cal Water Oxidation)是一種可實現對多種有機廢物進行深度氧化處理的技術，反應產物主要為H2O、CO、N2及無機鹽等，特別適用于高毒性、高濃度、難生化降解有機廢水的無害化處理。NASA 計劃發展其用于未來航天器乃至太空駐地的閉環生命支持系統，以滿足廢物管理和資源回收的需求。

表3 SoFIE 項目概況Table 3 Overview of SoFIE project

為此，NASA 計劃設計開發新的高壓燃燒實驗設備(High Pressure Combustion Chamber)，實驗可能以CIR 插件或獨立飛行實驗的方式進行，實驗內容主要包括高壓(超臨界或亞臨界)液滴燃燒、超臨界水氧化反應等，詳見表4。 目前，NASA的SCWO 技術仍需要解決由鹽沉淀和反應堆內部表面的腐蝕造成的污垢和流動堵塞問題，NASA認為如果將水熱火焰控制在反應堆內部亞臨界水的共流區域，可有效解決該問題。 因此，未來高壓燃燒領域的研究將圍繞該內容展開[33]。

3 防火安全項目

防火安全項目主要包括飛船防火安全研究與低重力可燃性極限FLARE(Flammability Limits at Reduced-g Experiment)項目以及依據飛船防火安全研究一期結果而新設立的密閉燃燒項目。

3.1 飛船防火安全研究

研究包括飛船防火演示Saffire(Spacecraft Fire Safety Demonstration)及其配套項目，研究方向為：材料燃燒、火災監測、空氣監測、災后清潔、滅火技術等技術，并將研究成果在Saffire 項目中進行驗證。 Saffire 由NASA 高級探索系統項目資助，目的是開發防火安全技術。 NASA 認為常重與微重力狀態下的火災行為存在巨大差異[34]，而目前對于微重力火災，尤其是航天器尺寸級別的火災仍缺乏實驗數據，這導致建立在地面防火標準上的飛船設計可能存在不確定的風險。 為了解決這一問題，NASA 提出了利用一次性航天器(如Cygnus、Dragon)[35]，在不對航天員或載人航天器構成風險的情況下進行大尺寸火災實驗的方法，Saffire 試驗裝置主要由大尺度燃燒試驗樣品卡片、攝像機、點火裝置、氣體直流裝置等組成，實驗配置見表5。

Saffire 項目可分為2 個階段：第一階段為Saffire-I-III，主要研究大尺寸火災的燃燒行為；第二階段為Saffire-IV-VI，屆時實驗將搭載配套的微重力風洞、火災探測器、空氣監測器等Saffire 防火安全配套項目開發的新型設備，進行技術演示與驗證[35]，項目預計2020 年完成，研究概況見表6。

表4 高壓燃燒項目概況Table 4 Overview of high pressure combustion project

表5 Saffire 項目實驗配置[36]Table 5 Configuration information of Saffire project

表6 Saffire 及配套防火安全項目概況[36]Table 6 Overview of Saffire and its supporting fire safety project

Saffire 項目公布了I-III 的部分研究成果[37]，發現在微重力作用下，強制對流下的火焰可達到準穩態，傳播速度較常重慢；需注意的是，部分材料在微重力反向氣流下表現出比常重高的可燃性；微重力下材料局部的燃燒速率沿熱解區變化較大，且在靠近焰底處達到峰值。 通過對厚PMMA 試樣燃燒實驗發現，微重力火焰可在焰底達到極限長度，該發現支持了厚樣本材料可產生非生長火焰的觀點。 此外，同材料的窄樣本比寬樣本具有更強的燃燒行為，在微重力條件下，火焰蔓延和材料可燃性受氣道高度、氧濃度、輻射、壓力、邊界層交互作用等多因素的影響，這對未來航天器的防火安全設計具有重要指導意義。 根據微重力研究結果，NASA 還發現常重低壓30 kPa 下的受試材料燃燒行為與微重力條件下相似，這也為未來在地面采用降低環境壓力的方法來模擬航天器微重力燃燒行為提供了科研與數據支持[38-39]。

設施建設方面，NASA 規劃了低重力落塔升級項目正在建設中，并計劃在2021 年投入使用[40-41]，以開展不同重力下的材料燃燒科學研究(表7)。 低重力落塔的建成，將使NASA 有效優化飛行研究，同時加強地基燃燒科學研究能力，有效降低實驗成本，提高實驗效率，提供更多的研究機會。 改造后的設備可用以支持流體物理學、材料學、原地資源利用科學等方向的研究。

NASA 開發了新的微重力風洞研究平臺應用于Saffire、SoFIE 等項目，支持大尺寸樣品在1 atm內的燃燒試驗，后續也將為冷焰、高壓燃燒氣體射流擴散火焰及其他學科研究提供支持[36]。

表7 防火安全主要設施建設情況Table 7 Construction of major fire safety facilities

3.2 FLARE 項目

NASA、ESA、JAXA 等還合作開展了低重力可燃性極限FLARE 項目(Flammability Limits at Reduced-g Experiment)，與Saffire 項目不同的是FLARE 項目重點在于制定新的空間固體材料可燃性評價的國際標準。 FLARE 項目分為4 個子項目：平板材料可燃性實驗、電線和圓柱形材料的易燃性、過載線纜點燃實驗、新標準建議及其與現行方法的一致性探討。 該項目于2012 年進行項目準備，于2019 年開始正式研究[42]，空間實驗在ISS 的日本艙段Kibo 的固體燃燒實驗模塊SCEM[43](Solid Combustion Experiment Module)進行，項目計劃于2020 年完成。

3.3 密閉燃燒項目

密閉燃燒(Confined Combustion)是NASA 于2019 年依據Saffire 一期結果新設立的實驗項目，在Saffire 一期結果中發現材料燃燒受到氣道高度的影響[37]，表現出在小腔室中燃燒得更快。NASA 推測在材料在周圍墻壁熱反饋和流道加速下可能導致燃燒加速，表現出更高的燃燒性。 因此設立該研究以調查不同形狀密閉空間內材料火焰傳播以及火焰與四壁的相互作用，從而提高認知并更好地改進基礎設施防火設計。

密閉燃燒裝置利用現有的BASS 設備進行了風洞改裝，在樣品周圍加裝了2 個可調節擋板，通過改變擋板之間的距離模擬不同的腔室寬度。 裝置將做為MSG 的插件設備進行實驗，獲得的實驗結果將進行數值模擬研究，從而外推到其他幾何形狀。 空間載荷于2019 年12 月搭乘SpaceX Dragon 運送至ISS，實驗預計于2020 年完成[44]。

4 結論

近年來，NASA 在空間站等平臺對微重力燃燒科學領域繼續開展持續深化地研究。

1) 從實驗項目的內容來看，主要集中在基礎燃燒科學與飛行器防火安全等方面。 目前，隨著MDCA 和ACME 項目的進行與完成，NASA 在減少燃燒污染物、火焰控制、燃燒模擬、先進內燃機設計理念等具有重要應用價值的領域都獲得新的知識儲備。 未來隨著SoFIE、Saffire、FLARE 等防火安全項目的開展，NASA 可從材料微重力燃燒行為、大尺度火災、新阻燃標準的制定等多方面開展綜合研究，深入認識貨運飛船火災行為并構建針對性措施，健全飛船防火安全體系，提高貨運飛船的防火安全能力。 低重力落塔、SoFIE 項目的地基窄通道(NCA)等技術的開發，也將加強地基研究能力，有助于進一步降低研究成本，提高研究效率。

2) NASA 空間燃燒科學的研究平臺及手段多樣化。 如利用貨運飛船可以安全地開展大尺度火災的研究；通過開發不同的CIR、MSG 小型實驗插件(如著重氣體燃燒研究的ACME、固體燃燒的SoFIE 等)，使得NASA 可以有針對性地設計和開展空間燃燒實驗，有效保障多個燃燒項目的開展。

3) NASA 對微重力燃燒科學的研究要素進行了擴展，通過微重力風洞、高壓燃燒室等設備的開發使得NASA 可以開展更大尺寸、多種大氣環境及壓力下的燃燒實驗，從而更全面地探索材料的空間燃燒特性。

參考文獻(References）

[ 1] 張璐，劉迎春. 空間站微重力燃燒研究現狀與展望[J].載人航天，2015，11(21)：603-610.

Zhang L，Liu Y C. Research status and outlook of microgravity combustion in space station[J].Manned Spaceflight. 2015，11(21)：603-610.(in Chinese)

[ 2] NASA.A researcher‘s guide to combustion science[EB/OL].(2020-02-08)[2020-03-01]. https：/ /www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/np-2015-10-034-jsc_combustion_in_reduced_gravity-iss-mini-book-011116-508.pdf.

[ 3] Board S S. Recapturing a Future for Space Exploration Life and Physical Sciences Research for a New Era[M]. National Academies Press， 2011：275-281.

[ 4] NASA. Fluids and combustion facility-combustion integrated rack[EB/OL].(1998-03-01) [2020-03-01].https：/ /ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19980169294.pdf.

[ 5] NASA. How NASA glenn and its contractor team set the standard for ISS research projects[EB/OL].(2017-08-30)[2020-03-1].https：/ /www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/57_bridging_the_schedule_gap-presentation_for_symposium_2017_final_copy_tagged.pdf.

[ 6] Naidja A， Krishna C，Butcher T， et al. Cool flame partial oxidation and its role in combustion and reforming of fuels for fuel cell systems[J]. Progress in Energy and Combustion Science， 2003，1(54)：155-191.

[ 7] Farouk T I， Hicks M C， Dryer F L. Multistage oscillatory“Cool Flame” behavior for isolated alkane droplet combustion in elevated pressure microgravity condition[J]. Proceedings of the Combustion Institute， 2015，35(2)： 1701-1708.

[ 8] NASA. Cool flame investigation [EB/OL]. (2019-12-04)[2020-03-01]. https：/ /www1. grc. nasa. gov/space/iss-research/iss-fcf/cir/mdca/experiments-using-the-mdca/cfi/.

[ 9] Farouka T I，Dietrichb D，Dryerac F L. Three stage cool flame droplet burning behavior of n-alkane droplets at elevated pressure conditions：Hot，warm and cool flame[J].Proceedings of the Combustion Institute，2019，3(37)：3353-3361.

[10] Nayagam V， Dietrich D L，Williams F A. Partial-burning regime for quasi-steady droplet combustion supported by cool flames[J]. AIAA Journal， 2016，54(4)：1235-1239.

[11] Nayagam V， Dietrich D L， Hicks M C， et al. Cool-flame extinction during n-alkane droplet combustion in microgravity[J]. Combustion and Flame，2015，162(5)：2140-2147.

[12] Paczko G，Peters N，Seshadri K，et al. The role of cool-flame chemistry in quasi-steady combustion and extinction of n-heptane droplets[J].Combustion Theory and Modelling，2014，18(4-5)：515-531.

[13] NASA. Advanced combustion via microgravity experiments：integrated science requirements [EB/OL]. (2013-09-30)[2020-03-01].https：/ /www1.grc.nasa.gov/wp-content/uploads/ACME_ISRD_revB_20130930_signed.pdf.

[14] Chien Y C， Tinajero J， Stocker D P. Ion current and flame changes with electric fields in microgravity[C]/ /11thU.S.National Combustion Meeting， California： WSSCI， 2019：2F18.

[15] Tinajero J， Giassi D， Stocker D P. Experimental study on the influence of gravity on highly diluted and sooting coflow flames[C]/ /11thU.S. National Combustion Meeting， California：WSSC， 2019：2F17.

[16] National Science Foundation. ISS： Collaborative research：spherical cool diffusion flames burning gaseous fuels[EB/OL](2017-07-21)[2020-03-01].https：/ /nsf.gov/awardsearch/showAward? AWD_ID＝1740490.

[17] NASA. Burning Rate Emulator (BRE)： material burning and extinction in microgravity [EB/OL].(2013-06-06)[2020-03-01]. https：/ /www1. grc. nasa. gov/wp-content/uploads/SRD-BRE-20130606-with-appendices.pdf.

[18] NASA. Experimental and computational study of coflow laminar diffusion flames in a microgravity environment[EB/OL].(2010-04-01) [2020-03-01].https：/ /www1.grc.nasa.gov/wp-content/uploads/CLD_Flame_SRD_20100401.pdf.

[19] NASA. Electric field control of flames e-field flames experiment[EB/OL].(2010-04-02)[2020-03-01].https：/ /www1.grc.nasa.gov/wp-content/uploads/E-FIELD_Flames_SRD_20100402.pdf.

[20] NASA. Flame design[EB/OL].(2010-04-01)[2020-03-01].https：/ /www1.grc.nasa.gov/wp-content/uploads/Flame_Design_SRD_20100401.pdf.

[21] NASA. Structure and response of spherical diffusion flames(s-flame)[EB/OL].(2010-01-25)[2020-03-01].https：/ /www1. grc. nasa. gov/wp-content/uploads/s-Flame_SRD_20100125.pdf.

[22] NASA.ACME status[EB/OL].(2019-09-19)[2020-03-01].https：/ /www1. grc. nasa. gov/space/iss-research/iss-fcf/cir/acme/current-status/＃status-archive.

[23] NASA. Space flames[EB/OL].(2020-02-24)[2020-03-01].https：/ /www.facebook.com/space.flames/.

[24] Wang Z， Sunderland P B， Axelbaum R L. Dilution effects on laminar jet diffusion flame lengths[J]. Proceedings of the Combustion Institute， 2019，37(2)：1547-1553.

[25] Gokoglu S. Premixed-gas combustion in microgravity.[EB/OL].(2016-02-22)[2020-03-01].https：/ /www.researchgate.net/profile/S_Gokoglu/publication/295549474_Premixed-Gas_Combustion_in_Microgravity/links/56cb6ec008ae1106370b9efe/Premixed-Gas-Combustion-in-Microgravity.pdf.

[26] Ferkul P V，Bhattacharjee S，Fernandez-Pello C，et al. Combustion of solids in microgravity： results from the BASS-II experiment[R]. GRC-E-DAA-TN18274，NASA Glenn Research Center， 2014.

[27] NASA. Solid Fuel Ignition and Extinction (SoFIE) [EB/OL].(2019-06-02)[2020-03-01].https：/ /www1.grc.nasa.gov/space/iss-research/iss-fcf/cir/sofie/.

[28] Ferkul P， Brown L， Mroczka C. SoFIE design/status[R].GRC-E-DAA-TN68933， NASA Glenn Research Center，2019.

[29] Bornand G R，Olson S L， Miller F J， et al. Opposed-flow flame spread in a narrow channel apparatus over thin PMMA sheets[DB/OL].(2013-05-19)[2019-12-03].https：/ /ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20140004923.pdf.

[30] Fernandez-Pello C. Material ignition and suppression in space exploration atmospheres[R].GRC-E-DAA-TN27681，NASA Glenn Research Center， 2013.

[31] Zhao X Y， T’ien J S， Ferkul P V，et al. Concurrent flame growth， spread and extinction over composite fabric samples in low speed purely forced flow in microgravity[C]/ /9thU. S.National Combustion Meeting， Cincinnati： WSSCI， 2015：2971-2978.

[32] Link S， Huang X， Fernandez-Pello C， et al. The effect of gravity on flame spread over PMMA cylinders[J]. Scientific Reports， 2018(8)： 1-8.

[33] NASA. Physical sciences research presentation [EB/OL].(2017-02-07)[2020-03-01].http：/ /sites.nationalacademies.org/cs/groups/ssbsite/documents/webpage/ssb_185290.pdf.

[34] Niehaus J， Gokoglu S， Ruff G， Buoyant effects on the flammability of silicone samples planned for the spacecraft fire experiment (Saffire)[R].GRC-E-DAA-TN25001，NASA Glenn Research Center， 2015.

[35] Schoren W， Ruff G A，Urban D L. The spacecraft fire experiment (saffire) - objectives， development and status[R].GRC-E-DAA-TN32222， NASA Glenn Research Center，2016.

[36] NASA GRC.Spacecraft fire safety systems maturation team status[EB/OL].(2016-11-18)[2020-03-01]. https：/ /sites.nationalacademies. org/cs/groups/ssbsite/documents/webpage/ssb_174761.pdf.

[37] Urban D L， Ferkul P， Olson S， et al. Saffire： A novel approach to study of spacecraft fire safety using un-manned Spacecraft[R]. GRC-E-DAA-TN48184， NASA Glenn Research Center， 2017.

[38] Urban D L， Ferkul P， Olson S， et al. Flame spread： effects of microgravity and scale[J]. Combustion and Flame， 2019，199：168-182.

[39] Thomsena M， Fernandez-Pelloa C， Ruff G， et al. Buoyancy effects on concurrent flame spread over thick PMMA[J].Combustion and Flame， 2019，199： 279-291.

[40] NASA. Operation and development status of spacecraft fire experiment(Saffire) [EB/OL].(2016-06-10)[2020-03-01].https：/ /ntrs. nasa. gov/archive/nasa/casi. ntrs. nasa. gov/20170002628.pdf.

[41] Urban D L. Modification plans for the NASA 5.2 second drop tower[R]. GRC-E-DAA-TN28101，NASA Glenn Research Center， 2015.

[42] NASA. Current status of the investigation on materials flammability under microgravity in “FLARE” project[EB/OL].(2018-11-13) [2020-03-01]. http：/ /iss. jaxa. jp/kiboexp/news/images/2018ams_flare.pdf.

[43] Kikuchi1 M， Fujita O， Takahashi H，et al. Overview of the“Solid Combustion”experiment in the Japanese Experiment Module “Kibo” on the International Space Station[EB/OL](2015-07-12) [2020-03-01]. https：/ /ttu-ir. tdl. org/bitstream/handle/2346/64482/ICES_2015_submission_213.pdf?sequence＝1＆isAllowed ＝y.

[44] NASA. Confined Combustion[EB/OL].(2019-09-10)[2020-03-01]. https：/ /www. nasa. gov/mission _ pages/station/research/experiments/explorer/Investigation. html? fbclid ＝IwAR2_4oHuNKnH2KuzC75YlWrckg4XBK0f4Dvevm5V1RS 2ioIteM1sBmFuf0g＃id ＝7886.