2008年5月8日,當中國登山隊員在珠穆朗瑪峰頂點燃“祥云”火炬的那一刻,緊張等待著的億萬中國觀眾都屏住了呼吸——全世界的目光都投向這神圣的一刻,“祥云”火炬在世界最高峰點燃!
按照“祥云”火炬的設(shè)計標準,丙烷燃料能夠持續(xù)15分鐘的燃燒時間,在零風速下火焰高度25至30厘米,但在海拔8844.43米的高度上,風速、溫度,以及空氣中的含氧量,都對“祥云”火炬的技術(shù)標準提出更高的要求。
北京奧運會火炬的設(shè)計研究規(guī)劃工作從2005年8月就已經(jīng)開始,最終由航天科工集團設(shè)計研發(fā)的火炬內(nèi)部燃燒系統(tǒng)被選為北京2008年奧運會火炬技術(shù)方案,同時北京奧組委還確定了由航天科工集團在聯(lián)想(北京)有限公司協(xié)助下完成火炬外形與燃燒系統(tǒng)結(jié)合的火炬樣品制作工作,實現(xiàn)北京2008年奧運會火炬的完整設(shè)計。
研制火炬燃燒系統(tǒng),首先需要確定燃料。研制團隊最初就確定丙烷作為火炬燃料。負責這一項目的劉興洲院士解釋說,丙烷適應(yīng)的溫度范圍較廣,能保證低溫環(huán)境下燃燒。之后,研制團隊開始著手燃燒系統(tǒng)的設(shè)計。往屆奧運會的火炬?zhèn)鬟f過程中多次出現(xiàn)過火炬突然熄滅的尷尬場面。為此,研制團隊運用航空發(fā)動機的雙火焰原理,設(shè)計了預(yù)混火焰與擴散火焰的“雙火焰”燃燒方案,即一個火焰在外面“沖鋒”,一個火焰在里面“值班”?!皩嶋H上,就是用一個小火點著一個大火。大火即使被吹滅了,但下面暗藏的小火能再次將大火點著。”劉興洲院士解釋說,“這個火炬由三部分組成,第一部分就是燃燒器,第二部分是穩(wěn)壓裝置,第三部分是燃料灌。燃燒器部分是由預(yù)燃室、主燃室、分配閥和揮熱管三部分組成的。預(yù)燃室燃氣進來和空氣混合形成預(yù)火,這個火焰能夠保持得比較穩(wěn)定,在大風大雨下不會熄滅,相當于火種?!?/p>
盡管液態(tài)丙烷燃料火炬在大風、低溫、低壓試驗艙內(nèi)經(jīng)受住了多次模擬測試,然而在2006年9月,研制團隊在西藏珠峰大本營進行實地試驗時卻出現(xiàn)了意外——液態(tài)丙烷火炬在實際低壓環(huán)境下燃燒時間太短,達不到要求。
研究人員隨后便嘗試著將固體預(yù)熱劑與液化丙烷結(jié)合,進行了固液組合火炬的首次試驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)抗低壓性能和可視性均比液態(tài)燃料火炬有了明顯改善。
2007年4月下旬,航天科工集團珠峰火炬試驗隊二赴西藏。這一次他們要進行珠峰火炬登頂?shù)臏y試與試驗。
2007年5月7日,登山隊員帶著固體燃料火炬和固液結(jié)合火炬開始登頂測試。5月9日,登山隊員成功登頂,并順利點燃了攜帶的3支固體火炬。然而,由于操作失誤,他們未能點燃固液結(jié)合火炬。考慮到固態(tài)火炬操作更為簡便,航天科工集團研制團隊將固體燃料火炬確定為珠峰火炬燃燒系統(tǒng)最終設(shè)計方案。
珠峰惡劣的自然條件不僅對火炬性能要求非常高,對火種燈、引火器、圣火盆等配套設(shè)備的性能同樣要求很高。
以往奧運會的火種燈都采用液體航空煤油為燃料,然而這種煤油燈在海拔超過6500米的地方都不能正常工作。為了尋找可靠的燃料源,研發(fā)人員先后嘗試過多種常用燃料,但均被一一否定。終于有一次,退休研究員任國周在看到一個用碳作熱源的暖手爐后突發(fā)靈感:能不能用碳做火種?然而,第一次進藏試驗效果不理想:一是燃燒時間短,二是排灰不暢。然而,生活中的一個小發(fā)現(xiàn)再次觸發(fā)了他們的靈感——一個燒餅攤旁擺著的蜂窩煤爐,使任國周頓生聯(lián)想:將碳柱像蜂窩煤一樣上下摞放在火種燈內(nèi),下面的碳柱燃盡化成灰,上面的碳柱自動落下來;通過這樣的方式不斷添加碳柱就可保持火種燈不滅,而且排灰的問題也迎刃而解!
隨后,任國周和同事們反復(fù)對碳柱的配方進行試驗,力圖將其燃燒速度降至最低。最終,在他們的努力下,珠峰火種燈裝上5節(jié)50毫米高的特殊碳柱,實現(xiàn)連續(xù)工作20個小時。第二次進藏測試時,改進后的珠峰火種燈完全經(jīng)受住了大風、低溫、低壓的考驗。
北京奧運會的“祥云”火炬是我國自主設(shè)計研發(fā)的產(chǎn)物,擁有完全的知識產(chǎn)權(quán)。