几十年来，科学家们已经能够在火焰中燃烧燃料而不产生任何烟灰，他们认为他们知道为什么。他们计算了数据，在高科技设施中进行了实验，但只有一种方法可以确定火焰和烟灰之间的基本关系:他们必须在太空中点火。
为此，目前在国际空间站(ISS)工作的宇航员克里斯汀娜·科赫(Christina koch)，有望创造女性太空飞行时间最长的记录，她已经开始进行点燃火焰的实验，然后观察和研究它的特性。如果实验结果如Earthbound研究人员所期望的那样，这可能会导致对燃烧特性的一个新的、基本的理解。
“我们会测量煤烟，评估火焰的强度，火焰的辐射，气体成分和温度，这样我们就能确保我们的预测是正确的。”圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院环境工程科学Stifel & Quinette Jens教授理查德·阿克塞尔鲍姆说。在这个项目中，他将得到马里兰大学教授彼得·桑德兰(Peter Sunderland)的帮助。
阿克塞尔鲍姆还是清洁煤炭利用联盟的负责人，有一样东西煤烟不干净:清洁。
“头号烟尘是一种污染物。它也可能致癌，所以我们不想吸入大量煤烟，”阿克塞尔鲍姆说。“它还能吸收阳光，让地球变热。”事实上，它是仅次于二氧化碳的第二大导致大气变暖的因素。
在氧气充足的情况下，燃烧会从燃烧的燃料中释放出最大的能量——燃烧效率很高——副产品只有二氧化碳和水。煤烟是不完全燃烧的副产品，在没有氧气供燃烧时产生。例如，在蜡烛火焰中，柔和的黄色辉光是由火焰内部产生的煤烟颗粒被加热到高温而产生的
对许多人来说，燃烧最熟悉的是火，无论是蜡烛还是营火。燃料在一种主要由氮气组成的大气中进行反应，我们呼吸的空气中大约有78%的氮气，21%的氧气和少量的其他各种气体。熟悉的黄色辉光表明烟灰正在这些火焰中形成。
“但如果我把氮气从空气中取出，放入燃料中，你仍然会得到相同的氮气-氧气-燃料的混合，”阿克塞尔鲍姆说，“但它极大地改变了火焰的结构。”同样的成分，以相同的比例，但不同的混合，完全抑制燃烧过程中形成的烟尘。
“我们称之为火焰设计，因为你使用了相同的成分，但如果设计良好，所产生的条件本质上永远不会产生煤烟。
宇航员克里斯蒂娜·科赫将在国际空间站进行烟灰实验。科赫即将打破一项天文记录:她很快将保持女性太空飞行时间最长的记录。来源:美国国家航空航天局
阿克塞尔鲍姆说:“同时，火焰更强，使其更不容易在局部熄灭，这将导致不完全燃烧和污染。”“所以这是火焰设计的两个非常好的结果。”
那么为什么要在太空中点火呢?
自从人类生火以来，关于燃烧的本质仍有许多未解之谜。首先，为什么这种燃烧方式产生的火焰不会产生烟灰，存在着相互竞争的理论。
“这是一个基本问题，”阿克塞尔鲍姆说，“有两种相互矛盾的理论可以解释我们的结果。”一种理论认为答案与流场有关，特别是火焰中气体的流动。阿克塞尔鲍姆提出的另一种理论是，烟灰抑制与火焰结构的内在属性有关，与流体流动无关。如果是这样，这将对我们如何抑制燃烧过程中的煤烟产生重要影响。
“在地球上，如果你有火焰，比如蜡烛，火焰形状总是向上的，”阿克塞尔鲍姆说。“这是因为火焰中的热气体不像周围的气体那么密集，所以它们上升，就像热气球一样。因此，我们无法系统地控制地球上的这种流动。”
在微重力环境下——重力的影响比在地球上要弱得多——火焰不会向上流动。事实上，阿克塞尔鲍姆在国际空间站实验中的火焰形成球体。
如果无烟燃烧是流场的函数，那么在微重力下，同样的氧气和氮气混合燃料也会产生烟。但如果烟灰的抑制与火焰结构固有的特性有关，研究人员应该在太空中看到同样的情况——没有烟灰。
研究人员还能够测量火焰持续的时间，这表明它有多强。同样，由于火焰的结构，他们期望它比由氮气和氧气(空气)混合燃烧的火焰更强。
阿克塞尔鲍姆说:“我们将前往太空进行基础研究，以加深对燃烧科学的理解。”
他说:“我们进入太空是为了获得一个与我们这里不同的可控环境。”“我们所获得的知识可以转化为地球上正在发生的事情，从而产生更环保的燃烧。”
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