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奥运珠峰火炬诞生记

发布时间:2022-04-18 08:45:01 浏览数:

在古希腊神话中,人们对英雄普罗米修斯怀有特殊的崇敬之心,因为他勇敢盗取火种,为人类带来温暖光明。起源于古希腊的奥林匹克运动,以神圣的火种传递和平、友谊、进步的理念,奥运圣火的传递、燃烧成为历届奥运会的重要组成部分,展示了各举办国的智慧、创意与技术实力。

2001年7月13日,在莫斯科,世界将第29届奥运会的举办权交给了中国,交给了北京。此时,一个大胆的创意浮现在北京奥运会组织者的脑海里——能否让奥运圣火与世界第三极珠穆朗玛峰结缘?面对世界期待的目光,北京奥组委在调研论证后坚定了信心:让奥运圣火在中国人的手中登上8844米的珠峰峰顶!

奉献奥运 中国航天义不容辞

早在2001年,当大家正在为北京赢得第29届奥运会主办权而欢呼之际,中国航天科工集团公司就以高科技企业的责任感和敏锐目光关注着奥运这一国之盛事。当有关方面宣布北京奥运会将突出“科技奥运”的内涵时,集团公司党组就下定了决心:国家有大事,国家有需要,中国航天决不能缺席!为北京奥运会作出贡献是航天人义不容辞的责任!

2001年,航天科工集团公司党组决定成立科技奥运领导小组,由副总经理薛利担任组长。随后,为把航天型号研制的先进管理经验引入到科技奥运工程中,集团公司又任命了科技奥运工程两总系统,薛利和集团公司总经理助理马良杰分别担任科技奥运工程总指挥和总工程师。为了高效组织奥运火炬的研发,还专门成立了奥运火炬研发部,由薛利担任部长,三院副院长、海鹰集团总经理于喜国担任火炬项目总指挥,而后任三院党委副书记的董群接替担任了这一职务,来自三院31所的我国发动机领域著名专家刘兴洲院士担任火炬燃烧系统总设计师。

集团公司集中整体优势,决心以科学方法和拼搏精神打造一支燃烧着航天技术之“心”的火炬。

实力+机缘 珠峰火炬结缘航天

命运机缘和科技实力促成了航天与奥运火炬结缘。

火炬项目副总设计师、来自三院海鹰集团的胡申林至今仍清楚地记得2005年10月火炬珠峰峰顶燃烧问题研讨会的情景。奥运项目众人瞩目,全国很多厂家纷纷赶来,期望搭上奥运快车。但是研讨会结束时,人们却不这样想了,因为珠峰火炬项目与其说是一张奥运搭车票,还不如说是一块难啃的硬骨头:

珠峰低温低压大风,实现正常燃烧已属不易,要保存火种,进而在峰顶点燃火炬,更是技术上从未想过的课题。珠峰火炬研发制造不是市场化行为,没有报酬,有关费用需研制单位自行解决。

难度前所未有,没有实在的好处,许多单位就失去了热情,纷纷退出竞争。此时,在集团公司组织下,胡申林、叶中元等来自三院的技术人员却细致地进行着有关的筹划。两个月后,航天科工集团公司的火炬设计方案参加了奥组委的征集,奥组委领导同时对航天科工集团的研制试验能力有了全面的了解。

2006年1月17日,是一个令集团公司珠峰火炬研发团队难忘的日子。这一天,奥组委正式发函,委托航天科工集团公司承担北京2008年奥运珠峰传递火炬的燃烧技术攻关任务。

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,在珠峰传递中作为备选。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。

在北京西南郊云岗的一间办公室里,年过七旬的我国著名的导弹发动机专家刘兴洲院士小心翼翼地取出一支火炬。他以看待自己孩子一般的目光注视着火炬,将两年攻关的风雨历程如数家珍般娓娓道来。

登顶之路他们走了两年。

液体火炬

不惧狂风为何败走麦城

2006年领命研制奥运火炬,研发团队确定了液体燃料的方案。液体燃料火炬的特点在于,火炬里还有一个小火焰,外部的扩散火焰由小火焰引燃,稳定性大大增强。该火炬以丙烷作燃料,从-40℃到40℃都可以正常工作。此外,为了保证丙烷气罐的工作温度,航天设计团队用一个回热装置的巧妙设计,解决了国外火炬遇到的难题。该火炬火焰飘逸,影像效果十分出色。

正在研发的关键时期,液体火炬却暴露出意想不到的缺陷。液体火炬设计者对大风情况进行了充分考虑。但是他们没想到,能够抵挡十级大风的火炬却在小风吹动下熄灭了。

2007年春节,火炬意外熄灭的阴影在大家心头挥之不去。窗外的鞭炮声不时响起,但不把火炬被吹熄的原因搞清楚,大家谁都过不好年。几乎连续20个冬夜,年过七旬的刘兴洲院士、叶中元研究员与邵文清、柳发成、牛余涛等年轻人一起在试验台上加班摸索熄火规律。

一次加班,大家专心致志地做吹风试验。突然,一股强风吹来,火焰扑上了手持火炬的柳发成的前额。他的头发被烧掉了一小撮,看着他的新发型,大家既心疼不已,又忍俊不禁。

通过大量试验,他们发现含氧量是症结所在。火炬外形设计由其他单位负责,与火炬内核缺乏匹配,筒体过长,使得燃烧室不能充分补氧。如果在火炬外壳打一些微小的孔,就可以解决这一问题。他们对火炬作了改进。结果,钻了小孔的火炬抗风性能优异,完全可以满足各个方面的要求。

2006年12月,航天科工集团公司研制的液体燃料火炬通过评审,样品通过验收,圆满完成了北京奥运会地面火炬燃烧系统的研制工作。

固液组合火炬

“垂直极限”下的独辟蹊径

研制之初,大家对液体燃料火炬的期待值很高。但2006年9月的第一次西藏之行,带给大家的却首先是失望,意想不到的结果,使大家的思路变换了方向。

在西藏多个地点,特别是在珠峰脚下海拔5200米的大本营,液体火炬在低温、低压、高寒大风的条件下暴露出了容易熄灭,火焰可见性、抗风性差的缺点。大家认识到这是由液体燃料特性决定的,必须在燃料上进行多方尝试。

火炬是由一支手持的引火器点燃的。引火器内放置的是固体燃料,那么将引火器的固体燃料与火炬的液体燃料相结合,效果会不会好呢?由此,第一次固液组合火炬的珠峰试验探索性地展开了。试验队员们惊喜地发现,这支火炬的抗风性与可视性比液体火炬要好得多!

固体燃料点燃可靠、燃烧稳定、易添色,液体丙烷燃料火焰形态好,如能将二者更好结合,将是最理想的。在此后的工作中,研制者努力使固液组合火炬性能适应了珠峰的苛刻环境。其中,特别采用预热剂解决了液体燃料瓶的预热问题。这支火炬作为第二方案,等待在第二次进藏试验中登顶验证。

这次测试取得了成功。但遗憾的是,因为增加了打开燃料开关和为预热剂添加盐水的两个动作,该火炬在峰顶的特殊天气和短暂时间内未能完全考核,该方案没有得到充分验证。

固体火炬

从惊险、挫折走向峰顶

首次进藏试验后,引火器在珠峰大本营的良好表现给了大家一个启发。刘兴洲院士提出,是不是可以利用引火器的固体药剂制成固体火炬,这样就增加了一种选择,固体火炬诞生了。

从2006年秋天到2007年年初,研制人员的工作一路报喜。2007年1月,要进行一次低温试验,考核火炬的性能。

在西藏之外找寒冷的地点,大家选择了我国最北端的黑龙江漠河。但在漠河试验中,发生了意外的速燃,队员们对固体燃料下一步的研制进程产生了迷茫。此时,刘兴洲院士鼓励大家:“我们干航天的要有一个信念:成功了要总结成功的经验,失败了要找到失败的原因。能汲取教训的人,才能够重新站起来。”

这是偶然现象吗?大家发现,其他火炬中也存在类似问题,分析下来是工艺缺陷造成了速燃。固体燃料压成药柱,如压不实,裂纹就会使燃面扩大,燃烧时就会发生速燃。此后,压药工作改由标准压机去压,严格控制压药的长径比,完全杜绝了裂纹的产生,再也没有发生过速燃的问题。漠河试验在珠峰火炬的研制中是一个重要转折点,使固体燃料研制迈出了新的一大步。

在2007年5月的登顶测试中,15支固体火炬在所有营地均表现出了良好的可靠性,并在珠峰峰顶成功点燃,火焰高度大于250毫米,燃烧时间约6分钟,达到了研制技术要求。

方案既已敲定,就该精益求精。燃烧时间要延长到8分钟,要大大减少出烟的程度,还要对火焰形态瘦长的不足给予优化。这些,基本都靠固体燃料配方的优化来实现。

朱家元研究员告诉记者,这期间,他们光配方就搞了112个。112个五颜六色的配方,只是摆在面前,都会让人眼花缭乱,何况要逐一比较燃烧情况,进行筛选。那些日子,朱家元、戚磊等人脑子里只有配方,做起试验来,经常是一连几个昼夜。

增加药量受到外形的限制,只能采取降低燃速的办法。但降低燃速又冒着熄火的困难。如何降低燃速,又保持较多的防热量成为焦点。最后,通过配方筛选,研制出了低温度系数、低压力指数的固体燃料,实现了每秒0.5毫米的燃速,工作时间延长到8分钟。固体燃料专家对此都感到大为惊讶。

珠峰火种灯

“烧饼摊儿”灵感攻克世界难题

火炬项目副总设计师邵文清曾感慨地对记者说:“整个火炬系统,珠峰火种灯是研制历程最为坎坷的一项;整个队伍中,任老师是功劳最大的一位!”在他身旁,69岁的老研究员任国周谦虚地向记者笑了笑。

世界各国的奥运火种灯采用的燃料都是液体航空煤油,但要作为珠峰火种灯向8844米顶峰攀登,则必须寻找其他办法。与火炬研发不同,火种灯必须从头干起,没有成熟的路子可走。

开始,任国周受暖手炉的启发,做了一个炭棒火种盒。但结果并不理想:火种自己会熄灭,没有续燃,而且排灰不畅。

此时,一个发现让他的思路大为开阔。

一天,任国周在市场上转悠,一个烧饼摊的蜂窝煤炉进入了他的视野,他立刻上前瞅了起来。这个煤炉不仅燃烧时间长,而且还有一个特点——蜂窝煤上下摞着放,烧成灰自动落下去,排灰问题不就解决了吗?他立即用可乐瓶做了两个炭棒小蜂窝煤炉,开始试验。

此时,一个坏消息传来。浙江某民营企业承担了外协任务后,老板发现给航天干活,难度大、数量少,得不着什么利,就告知研制人员:我们不想再合作,你们还是找其他企业为好。

此时试验刚刚有所起色,生产必须马上跟上。他们派人再次前往浙江,强调这是航天科工集团公司承担的科技奥运工程重要项目,希望他们以国为重,为北京奥运贡献出一份力量。

没多久,感人的一幕出现了。那个老板被航天人感动了。他说:“你们这些人真的是为了国家不顾一切、无私奉献,为了奥运会,我把配方无偿地拿给你们做研究,祝你们成功。”很快,大家通过研究获得了火种灯复合固体燃料的优良方案。

为了掌握火炬、火种灯在各种运输工具上的燃烧性能,必须进行100千米测试。而出于保密起见,这种测试通常安排在夜间。在北京云岗附近一条名为长青路的道路上,他们挑灯夜战,步行、跑步、骑自行车、骑摩托、开卡车,用各种方式进行测试。要做到100千米路程测试完成,即使是开汽车也要一两个小时,而其他方式更要整宿不睡。

功夫不负有心人。第二次进藏测试,火种灯在100多次试验中战胜了大风低温低压的条件,并通过了模拟珠峰环境的试验。在严酷的自然面前,航天人的高科技产品无一败绩。

奥运圣火燃烧在世界之巅

2008年5月8日上午9点17分,最激动人心的时刻终于到来了,站在世界之巅的中国登山队员们高高举起了燃烧着夺目光芒的北京奥运会火炬。欢呼、激动、流泪,在沸腾一片的大本营,来自航天的保障队队员紧紧地拥抱在了一起。良久,他们没有话语,只是默默地任凭泪水滑过被晒得黝黑的脸庞……

保障队队长高炳欣在现场接受中央电视台采访时说:“看着自己的产品在珠峰完美燃烧,每个航天人都会觉得很自豪。”邵文清也当即向家里报喜:“奥运圣火成功照耀珠峰,航天人25个月的努力和艰辛,化作一团团神奇的火焰,在世界最高峰高高升起,照亮了世界,航天人一定能行,祖国万岁。”

帐篷外面,印有“奥运火·航天心”字样的旗帜迎风招展,与远处的珠峰交相辉映,浑然天成……

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