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2008年第29届奥运会
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奥运火 航天芯--珠峰特种火炬燃烧系统研制纪实

http://sports.sina.com.cn 2008年05月08日10:45  新华网

  新华社记者高鹏

  2008年5月8日9时17分,见证了奥林匹克历史上的一个伟大壮举。北京奥运火炬接力珠峰传递登山队队员将北京奥运会火炬、火种送上海拔8844.43米的珠穆朗玛峰峰顶。象征着光明、和平、友谊、进步、和谐的奥林匹克圣火首次在地球之巅燃起。

  7年前申奥成功时,中国人向世界庄严承诺:奥运火炬接力活动将把火炬送到世界最高峰——珠穆朗玛峰。如今,这个伟大的设想和承诺变为现实。

  北京奥运会“祥云”火炬克服低温、低压、缺氧、大风等极端不利条件,在珠峰之巅漂亮地燃烧,举世为之惊叹。在这史无前例的壮举背后,凝聚着中国航天人的智慧与辛劳。

  按照研制航天型号的模式来研制火炬

  2001年7月13日,北京申奥成功的消息从莫斯科传来,中国航天科工集团公司副总经理薛利心中便萌生了一个念头:我们航天人要为这一中华民族的百年盛事做点贡献。

  “‘科技奥运’是北京奥运会的三大理念之一。航天事业是高科技的集中体现。因此,我们航天人一定不能缺席。”薛利说。

  申奥成功后不久,航天科工集团就开始考虑开幕式、火炬、安保、智能交通、环境清洁等一切有可能为奥运会贡献力量的方面,并在集团内部成立了一个科技奥运领导小组。

  2006年1月17日,机会终于降临——北京奥组委正式致函航天科工集团,委托其就奥运火炬珠峰燃烧技术进行科研攻关。航天科工集团随即成立了火炬研发部,抽调了其所属三院海鹰集团、31所、四院航天晨光股份公司等多家单位的80多名技术骨干参与项目攻关,并聘任中国工程院院士刘兴洲为该项目总设计师。

  现任北京奥运火炬珠峰传递领导小组火炬研发部部长的薛利介绍,研制珠峰火炬燃烧系统虽属民用项目,但航天科工集团把它当作一项国家重大工程,按照航天型号研制的管理模式,向承担主要攻关任务的集团三院院长下发了奥运火炬项目“责任令”。

  燃料方案一波三折

  对于以往主要从事发动机研制的航天科工集团三院31所来说,火炬燃烧系统是个全新的项目。因此,研发人员在动手之前认真研究了历届奥运会的火炬设计方案,他们对火炬的认识也由此由浅渐深。

  研制火炬燃烧系统,首先需要确定燃料。刘兴洲院士介绍,从以往奥运火炬来看,火炬燃料一般有固态、液态和固液混合三种。燃料种类不同,燃烧系统的结构设计也会相应有所不同。

  研制团队最初选定丙烷作火炬燃料。刘兴洲院士解释说,丙烷燃烧后主要产生水蒸气和二氧化碳,不会对环境造成污染。更重要的是,丙烷适应的温度范围较广,在摄氏零下40度时仍能产生1个以上的饱和蒸气压,从而保证低温环境下燃烧;而且,丙烷产生的火焰成亮黄色,火炬手跑动时,飘动的火焰在不同背景下都比较醒目。

  之后,研制团队开始着手燃烧系统的设计。往届奥运会的火炬传递过程中多次出现过火炬突然熄灭的尴尬场面。为避免“祥云”火炬重蹈覆辙,研制团队运用航空发动机的双火焰原理,设计了预混火焰与扩散火焰的“双火焰”燃烧方案,即一个火焰在外面“冲锋”,一个火焰在里面“值班”。

  “实际上,就是用一个小火点着一个大火。大火即使被吹灭了,但下面暗藏的小火能再次将大火点着。”刘兴洲院士解释说。

  位于北京西南郊丰台区的航天科工集团三院31所是火炬研发团队的“大本营”,这里有一个可以模拟大风、暴雨、低温、低压等各种真实自然环境的试验舱。尽管液态丙烷燃料火炬在这个试验舱内经受住了多次模拟测试,但航天人多年来形成的“严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失”的工作作风,促使他们决定赴珠峰进行实地测试。

  2006年9月,科工集团火炬研发部自掏腰包奔赴西藏珠峰大本营进行实地试验。结果,真的发现了问题——液态丙烷火炬在实际低压环境下燃烧时间太短,达不到要求。

  固体燃料点燃性能可靠,燃烧稳定;而液体丙烷燃料产生的火焰形态好。研制团队于是考虑,能不能将二者结合。队员们随后尝试着将固体预热剂与液化丙烷结合,进行了固液组合火炬的首次试验,结果发现抗低压性能和可视性均比液态燃料火炬有了明显改善。

  返回北京后,研制团队放弃了液态丙烷火炬的方案,将研制重点转向固液组合火炬和固态燃料火炬。

  2007年1月,一支由10多名研制人员组成的试验队奔赴祖国最北端的黑龙江漠河,对这两种火炬在低温、大风条件下的性能进行实地测试。在那里,研制团队再次遭遇了意外——“爆燃”。一天夜晚,固体燃料火炬点燃后,燃料猛地一下喷了出来,幸好当时没有试验队员正对着火炬,否则后果不堪设想。

  对于这次事故的原因,研制团队深入研究后发现,问题并非出在固态燃料火炬本身,主要是装药(固态燃料)的工艺有问题,药柱没有压实。他们随后将人工装药改为机械控制,保证每次装药量以及药柱的长度及直径完全一致。工艺改良后,“爆燃”现象再未发生过。

  2007年4月下旬,航天科工集团珠峰火炬试验队二赴西藏。这一次他们要进行珠峰火炬登顶的测试与试验。

  2007年5月7日,登山队员带着固体燃料火炬和固液结合火炬开始登顶测试。大本营(5200米)、6500米、7028米、8300米、8844米,登山队员在每一个高度都要重复完成试验的“规定动作”。5月9日,登山队员成功登顶,并顺利点燃了携带的3支固体火炬。然而,由于操作失误,他们未能点燃固液结合火炬。没有经过最后这一道测试,也给固液结合火炬的可靠性打了一个问号。

  考虑到固态火炬操作更为简便,航天科工集团研制团队将固体燃料火炬确定为珠峰火炬燃烧系统最终设计方案。

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