《科技创新与品牌》杂志社奥运百年

奥运圣火登上珠峰

5月5日航天科工集团副总经理、科技奥运工程总指挥薛利上山慰问保障队员 (宿东摄)5月5日航天科工集团副总经理、科技奥运工程总指挥薛利上山慰问保障队员 (宿东摄)


        距第二十九届北京奥运会的脚步越来越近,3月24日奥运圣火在希腊点燃,开始了前所未有的全球传递。3月31日,圣火抵达中国首都北京,随后,完成境外之旅的圣火开始了国内多个城市间的传递。百年迎来的奥运,中国将注定赋予它非比寻常的意义,让奥运圣火在世界第三极——珠穆朗玛峰燃起,成为每个华夏子孙的心愿。2008年5月8日上午9点多,奥运圣火首次成功登顶世界屋脊珠穆朗玛峰并顺利点燃和进行传递,由此创下奥运史上一项新的纪录。

        科技创新燃起奥运之火

        “科技奥运”的理念贯穿于北京奥运火炬研发的每一个环节。据悉,航天科工集团公司为北京奥运会研发的火炬有三种类型:液体燃料火炬、固液组合燃料火炬和固体燃料火炬。在境内外传递的是液体燃料火炬,也叫地面火炬;用于珠峰传递的是固体燃料火炬,也叫珠峰特种火炬;固液组合燃料火炬作为一种中间方案,在珠峰传递中作备选。而珠峰火炬系统分为珠峰火炬、高原火种灯、珠峰火种灯、引火器和高原圣火台五个部分。
        中国工程院院士、中国航天科工集团公司第三研究院发动机专家、北京奥运火炬燃烧系统总设计师刘兴洲及其科研团队接受媒体采访时表示,北京奥运火炬燃烧系统研制的五大技术创新,是珠峰特种火炬此次成功燃亮世界屋脊的关键。
        珠峰火炬技术的创新颇为引人注目,它包括在低温低压强风条件下低燃速可视性好的燃烧技术和恶劣自然环境条件的试验模拟技术,前者首次成功实现固体燃料配方在珠峰峰顶极端恶劣环境条件下(零下四十度低温、零点三bar低压、三十米每秒大风)成功点燃并稳定燃烧,可靠性高,持续时间长,可视性好,满足电视转播要求,为世界首创;后者在世界范围内首次成功实现珠峰顶极端恶劣环境条件的地面模拟,为珠峰火炬提供较为真实的考核环境。
        技术创新之二——珠峰火种灯技术的研发。它是世界首创的长时间低温低压超低燃速暗火火种传递技术,首次实现奥运圣火火种在珠峰地区大海拔跨度(5150米到8844米)恶劣自然环境条件下的长时间(10天以上)成功传递;独创的燃烧器结构技术创新设计出珠峰火种灯暗火燃烧室,使其能够保证可靠燃烧,燃料需求量小;独特的高效轻质保温层设计,成功解决隔热保温要求和重量限制的矛盾,便于登山携带,使用安全可靠;独创的燃料配方设计保证燃烧可靠,燃烧产物少灰无结渣,进排气通畅,减小对环境的依赖,安全无污染,燃烧热量合适,确保在珠峰顶引燃引火器,点燃火炬。
        高原火种灯技术创新主要是包括抗风技术和灯芯调节技术,抗风技术方面利用简单的自然对流原理,实现高原火种灯在高海拔地区(3800米到6500米)长时间充分稳定燃烧,采用半封闭结构加网罩的方案设计,保证高原火种灯具有良好抗风性能;灯芯调节技术采用螺杆加滑块的滑动机构设计,满足调节火焰高度、降低成烟量要求,调节方式简易可靠。
        第四个技术创新是高原火炬盆技术。高海拔液化燃料稳定燃烧技术在世界范围内首次实现液化气燃料在珠峰大本营低压大风条件下稳定燃烧,独创的火焰添色技术则利用金属盐水溶液与乙醇相混合方法,成功实现长时间(不少于30分钟)连续火焰添色(红色),使液化气火焰在珠峰大本营高海拔亮背景下具有很好的可视可摄性。
        最后一个是试验技术的创新。主要有:创新性设计出专用的小型珠峰低压大风环境试验模拟装置,为珠峰火炬系统研制提供便捷、廉价的试验条件;通过设备改造,实现珠峰顶极端环境条件的模拟,为珠峰火炬系统技术方案的可行性和可靠性提供保证。
        正是这五大创新技术保证了奥运圣火成功抵达珠峰,为百年奥运写下了前无古人的浓墨重彩的新纪录。

        精雕细琢奥运火炬

        成功是源于对细节的不懈追求与完善。正是航天科工研究人员的一个个不眠之夜、一次次失败,才有了我们今天所看到的无可挑剔的珠峰特种火炬。
        最值得关注的莫过于火炬的燃芯。北京奥运火炬燃烧系统总设计师刘兴洲院士介绍说,珠峰特种火炬燃烧系统由燃烧器、稳压装置和燃气罐(储存燃气)三部分组成。当稳压阀打开以后,燃气以气态形式从气罐里出来,然后经过稳压阀。稳压阀的作用是使从气罐里出来的气体经过稳压阀后,保持一定的压力。如果气体压力稳定的话,在各种气候变化时,火炬的火焰能保持一定高度。气体从稳压阀出来后,会经过回热管,到达阀门后气体“兵分两路”,一路流到燃烧器的预燃室,另外一路流到主燃室。
        火炬燃料注重环保,体现了“绿色奥运”的理念。燃料与悉尼奥运会使用的混合燃料有成分上的不同。奥运圣火仅使用了丙烷,丙烷燃烧后形成水蒸气和二氧化碳,不会外界造成污染,所以说是一种环保燃料。而且它能够适应的温度范围比较宽,由于火炬要在世界各地传递,有的地方温度高,有的地方温度低,因此用丙烷这种燃料是比较适合的。但是,丙烷并不是说就没有任何问题,它在低温时压力较小,喷出相对困难,而且在丙烷液体变成气体时需要吸收热量,导致燃气罐温度降低,所以在设计的时候加了回热管,用火炬火焰的热量来加热燃气罐,这样就使得丙烷始终保持一定温度。
        世人瞩目的北京奥运圣火的焰色也是不容忽视的,奥运火炬即使在强光下亮黄色火焰依然清晰可见。对于这点,刘兴洲院士解释道,丙烷气体燃烧火焰的颜色为亮黄色。火炬手传递火炬一般是跑动的,火焰是动态的,火炬传递中还要经历不同背景,因此丙烷燃烧的火焰颜色的可视性很好,在强光和日光情况下均可识别和拍摄。
        按照要求,奥运会火炬须持续燃烧15分钟,由于北京奥运火炬体积比较小,经过部分修改,在验收试验时,火炬持续燃烧了27分钟。每个火炬手传递的路程只有200米,因此,火炬燃烧时间足可以保证传递要求。另外,燃料在燃气罐内压力过大就会出现爆炸的可能,航天科工研发人员研制的火炬燃气罐,经过水压实验可承受150个大气压,从根本上杜绝了这种情况的发生。