北京奧運“祥雲”火炬背後的航天科技“大咖”

體育資訊來源：千龍新聞網 2018年05月04日 18:13 A-A+
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　　千龍網北京5月4日訊（記者 黃業 張龍 郝帥）北京2008年奧運會火炬名為“祥雲”，他的外觀引得萬眾矚目，世界驚艷，卻鮮有人知道這小小的火炬在閃耀于奧運舞臺之前，所經歷的重重考驗。近日，千龍網“奧運十年話冬奧”系列報道團隊採訪了中國航天科工三院31所兩位高級工程師柳發成和戚磊，作為北京2008年奧運會“祥雲”火炬燃燒系統設計師，他們向記者回顧了“祥雲”火炬設計過程中的點點滴滴，讓大家了解到那份光彩背後中國航天人的無私奉獻。

　　凝聚航天人智慧和汗水的“祥雲”

　　北京2008年奧運會“祥雲”火炬的設計競標涉及到兩部分，外觀設計花落聯想集團創新設計中心；內部燃燒系統設計由中國航天科工集團公司（以下簡稱航天科工）承擔。作為燃燒系統研發單位的中國航天科工集團三院31所（以下簡稱31所），是飛航動力技術專業研究所，在其所走過的六十年曆程中，在動力技術領域創造了多項第一，對於燃燒系統的研究在國內名列前茅。

　　北京奧運火炬燃燒系統包括地面傳遞火炬燃燒系統、珠峰傳遞火炬、高原火種燈、珠峰火種燈、聖火臺以及引火器等。基於31所技術背景，北京奧運火炬燃燒系統設計過程中大量借鑒或應用了航天動力技術：液體火炬借鑒了衝壓發動機的研究技術，固體火炬借鑒了固體發動機的研究技術；珠峰火種燈使用了航天級的高效保溫材料，散熱少隔熱效果好，既有利於火種保存又不會燙傷攜帶者。除此之外，火炬試驗技術也借鑒了航天的試驗技術，凝聚了航天人的智慧勞動和辛勤汗水，集中體現了航天高科技的能力和水平。

　　31所迅速成立了以我國衝壓發動機技術奠基人——劉興洲院士為總設計師的火炬研發團隊，其中，柳發成負責火炬燃燒系統的設計，戚磊負責珠峰火炬和火種燈的研製。

　　柳發成告訴記者，火炬設計最重要的是讓它在各種情況下保持燃燒，這裡需要考慮極端狀態：缺氧、大風、冰雹、摔打等。北京奧運火炬的燃燒系統最突出的特點體現在三個方面：環保，重量輕，對於氣溫、氣壓變化和風雨等外部環境有著很強的適應性。

　　柳發成拿著祥雲火炬內芯對記者説，火炬部件小巧緊湊，多數材料採用了較輕的鋁，有利於火炬手連續手持行進。同時，利用燃料循環流動高效回熱來加熱燃料瓶，就算在-40℃低溫下仍能照常工作。而且就算遇到意外，火炬熄滅也不要緊，因為火炬燃燒室中有一個隔板，將其分成主燃室和預燃室。這種雙火焰設計是“祥雲的”主要創新點，也是火炬的關鍵核心技術，當時也是在國內首次運用。預燃室相當於一個穩定的火源，保證它始終不滅，即使外面的主燃室火焰熄滅，它也可以馬上把主火焰點燃。

　　提到火焰，柳發成表示這裡面學問也不小，2008年之前的奧運火炬採用混合燃料較多，以丁烷為主。祥雲火炬卻採用丙烷作燃料，一是為了能在火炬傳遞路線範圍內，滿足低溫環境使用的要求。二是考慮丙烷燃燒後火焰是橙色，具有更好的可視性。而且，丙烷燃燒後只産生水蒸氣和二氧化碳，突出了環保特性。

　　克服重重困難確保火炬跨越世界屋脊

　　這樣設計出來的祥雲火炬已經堪稱完美，但是在2006年9月，航天科工火炬研發團隊奔赴西藏珠峰大本營進行實地試驗時，發現液態丙烷火炬在當地低壓環境下燃燒時間太短，達不到應用要求。在這樣的情況下，設計人員嘗試將固體預熱劑與液化丙烷結合，進行了固液組合火炬的首次試驗，發現抗低壓性能和可視性均比液態燃料火炬有了明顯改善。返回北京後，研發團隊將珠峰火炬的研製重點轉向固液結合火炬和固體燃料火炬。

　　負責奧運火炬珠峰燃燒技術科研攻關的戚磊告訴記者，他們在所裏搭建了一個可以模擬大風、暴雨、低溫、低壓等各種真實自然環境的試驗艙，這樣很多前期調試工作就能很方便的完成。在完成火炬設計的實驗室驗證後，2007年1月，所裏派出一支由10多名設計人員組成的試驗團隊奔赴黑龍江漠河，對火炬在低溫、大風條件下的性能進行實地測試。

　　在漠河，試驗團隊遭遇了一次險情。在手持固體燃料火炬點火試驗時，固體燃料出現了多次“爆燃”噴射，在強烈的衝擊力下，戚磊仍然緊握火炬，避免了險情的失控。對於這次事故的原因，試驗團隊分析後發現，問題既不是出在固態燃料火炬本身，也不是固體藥劑配方的問題，而是固態燃料的加工工藝存在問題，壓藥不均勻。隨後他們改進工藝流程，將人工裝藥改為機械控制裝藥，將問題徹底解決，“爆燃”現象再未發生過。

　　2007年4月下旬，航天科工珠峰火炬試驗團隊第二次進藏。2007年5月7日，登山隊員帶著固體燃料火炬和固液結合火炬開始登頂測試。5月9日，登山隊員成功登頂，並順利點燃了攜帶的3支固體火炬。然而，由於操作失誤，登山隊員未能點燃固液結合火炬。由於時間非常緊張，沒有時間再安排登頂測試，固體燃料火炬被確定為珠峰火炬燃燒系統最終設計方案。

　　珠峰火炬燃燒系統的問題解決了，但是珠峰火種燈的研製卻遇到了問題。傳統設計的火種燈在高原低壓情況下，燃燒1-2個小時就會熄滅。為了尋找珠峰火種燈可靠的燃料源，研發人員可謂費盡心思。最後從手爐和蜂窩煤中受到啟發，研製了特殊的複合固體燃料，並將燃料柱像蜂窩煤一樣上下摞放在火種燈內，下面的燃盡化成灰，上面的就會自動落下來，這樣通過不斷添加燃料柱就可以保持火種燈不滅。採用這樣的技術後，珠峰火種燈至少能保持穩定燃燒14個小時，令全世界都感到驚訝。

　　此外，雖然2007年5月的火炬登頂珠峰試驗取得成功。但是研發人員在回看電視信號時發現，電視畫面上火炬燃燒時火焰成噴射柱狀，不美觀不飄逸且發煙量太大。於是大家再次集思廣益，通過對火炬內部結構的改造，加上對固體燃料配方進行了100多次試驗，終於找到了解決方案。不但成功地將珠峰火炬的燃燒時間延長至8分鐘，還使得火焰的顏色比之前更加明亮、飽滿和飄逸。2008年5月8日，在全世界人民的關注中，珠峰火炬傳遞接力圓滿成功，火炬全部成功點燃並獲得了良好的直播效果，兌現了北京申奧時做出的“將奧運火種傳遞至世界的第三級”的莊嚴承諾。

　　不忘初心深情期盼冬奧

　　雖然已經過去了十年，但兩位設計師回憶起當年奧運火炬研製工作中的種種細節依然歷歷在目、滔滔不絕，那一份激動溢於言表。在談到這段經歷給自己帶來了哪些收穫時，戚磊表示，這是一段難忘的人生經歷，讓他獲得了很強的榮譽感，航天人嚴謹的作風在研製過程中處處體現。在火炬設計過程中，自己體會最深的就是老同志給予年輕人無私的指導，以及嚴謹的科學態度，讓他從老一輩航天人身上學到了很多。

　　柳發成表示，自己2004年研究生畢業，2006年能加入這個項目，感到十分榮幸，這樣的機會一輩子能趕上一次很不容易。老同志的忘我、認真、不辭辛勞的敬業精神，是年輕一代航天人需要認真學習的，也是自己所需要的寶貴精神財富。通過老同志以老帶新的精心指導，自己得到了很好的鍛鍊，豐富了業務知識，積累了工程經驗，對後面的工作起到了很好的引導作用。

　　在採訪過程中，柳發成和戚磊多次提到“祥雲”火炬研發團隊的&&人劉興洲院士，當時年過七旬的他不但親臨生産、試驗現場，進行技術把關，還親自設計試驗方案，親自動手做試驗，同年輕同志一起加班加點，不辭辛苦。為了保證地面火炬的質量，為解決抗風問題，古稀老人不懼苦累，連春節都沒有休息，幾乎每天都要抽出時間去火炬實驗室，了解項目進展情況，解決技術問題，甚至或挽起袖子和大家一起幹，經過數百次試驗，終於將“紙火相融”的祥雲火炬從夢想變成現實。

　　採訪的最後，兩位“祥雲”火炬設計師深情的表示，雖然目前工作壓力很重，但如果2022年北京冬奧會需要他們貢獻力量，一定責無旁貸，全力以赴。

　　記者手記

　　火炬設計師面對記者採訪時沒有激動，沒有興奮，只有淡然，仿佛為了完成任務所産生的巨大付出和心血都是應該的，這一切只是因為“航天精神”四個字。

　　研發“祥雲”的團隊由院士&&，中青結合，老同志老當益壯、愈老彌堅，年輕人吃苦耐勞、衝鋒在前。真正體現出了航天人“特別能吃苦、特別能戰鬥、特別能攻關、特別能奉獻”的航天精神。

　　火炬設計師自豪的告訴記者，這項不計成本的任務，除了航天人沒有人願意做。

　　讓我們向“航天精神”致敬！