在古希臘神話中,人們對英雄普羅米修斯懷有特殊的崇敬之心,因為他勇敢盜取火種,為人類帶來溫暖光明。起源于古希臘的奧林匹克運動,以神圣的火種傳遞和平、友誼、進(jìn)步的理念,奧運圣火的傳遞、燃燒成為歷屆奧運會的重要組成部分,展示了各舉辦國的智慧、創(chuàng)意與技術(shù)實力。
2001年7月13日,在莫斯科,世界將第29屆奧運會的舉辦權(quán)交給了中國,交給了北京。此時,一個大膽的創(chuàng)意浮現(xiàn)在北京奧運會組織者的腦海里——能否讓奧運圣火與世界第三極珠穆朗瑪峰結(jié)緣?面對世界期待的目光,北京奧組委在調(diào)研論證后堅定了信心:讓奧運圣火在中國人的手中登上8844米的珠峰峰頂!
奉獻(xiàn)奧運 中國航天義不容辭
早在2001年,當(dāng)大家正在為北京贏得第29屆奧運會主辦權(quán)而歡呼之際,中國航天科工集團公司就以高科技企業(yè)的責(zé)任感和敏銳目光關(guān)注著奧運這一國之盛事。當(dāng)有關(guān)方面宣布北京奧運會將突出“科技奧運”的內(nèi)涵時,集團公司黨組就下定了決心:國家有大事,國家有需要,中國航天決不能缺席!為北京奧運會作出貢獻(xiàn)是航天人義不容辭的責(zé)任!
2001年,航天科工集團公司黨組決定成立科技奧運領(lǐng)導(dǎo)小組,由副總經(jīng)理薛利擔(dān)任組長。隨后,為把航天型號研制的先進(jìn)管理經(jīng)驗引入到科技奧運工程中,集團公司又任命了科技奧運工程兩總系統(tǒng),薛利和集團公司總經(jīng)理助理馬良杰分別擔(dān)任科技奧運工程總指揮和總工程師。為了高效組織奧運火炬的研發(fā),還專門成立了奧運火炬研發(fā)部,由薛利擔(dān)任部長,三院副院長、海鷹集團總經(jīng)理于喜國擔(dān)任火炬項目總指揮,而后任三院黨委副書記的董群接替擔(dān)任了這一職務(wù),來自三院31所的我國發(fā)動機領(lǐng)域著名專家劉興洲院士擔(dān)任火炬燃燒系統(tǒng)總設(shè)計師。
集團公司集中整體優(yōu)勢,決心以科學(xué)方法和拼搏精神打造一支燃燒著航天技術(shù)之“心”的火炬。
實力+機緣 珠峰火炬結(jié)緣航天
命運機緣和科技實力促成了航天與奧運火炬結(jié)緣。
火炬項目副總設(shè)計師、來自三院海鷹集團的胡申林至今仍清楚地記得2005年10月火炬珠峰峰頂燃燒問題研討會的情景。奧運項目眾人矚目,全國很多廠家紛紛趕來,期望搭上奧運快車。但是研討會結(jié)束時,人們卻不這樣想了,因為珠峰火炬項目與其說是一張奧運搭車票,還不如說是一塊難啃的硬骨頭:
珠峰低溫低壓大風(fēng),實現(xiàn)正常燃燒已屬不易,要保存火種,進(jìn)而在峰頂點燃火炬,更是技術(shù)上從未想過的課題。珠峰火炬研發(fā)制造不是市場化行為,沒有報酬,有關(guān)費用需研制單位自行解決。
難度前所未有,沒有實在的好處,許多單位就失去了熱情,紛紛退出競爭。此時,在集團公司組織下,胡申林、葉中元等來自三院的技術(shù)人員卻細(xì)致地進(jìn)行著有關(guān)的籌劃。兩個月后,航天科工集團公司的火炬設(shè)計方案參加了奧組委的征集,奧組委領(lǐng)導(dǎo)同時對航天科工集團的研制試驗?zāi)芰τ辛巳娴牧私狻?/p>
2006年1月17日,是一個令集團公司珠峰火炬研發(fā)團隊難忘的日子。這一天,奧組委正式發(fā)函,委托航天科工集團公司承擔(dān)北京2008年奧運珠峰傳遞火炬的燃燒技術(shù)攻關(guān)任務(wù)。
航天科工集團公司為北京奧運會研發(fā)的火炬有三種類型:液體燃料火炬、固液組合燃料火炬和固體燃料火炬。在境內(nèi)外傳遞的是液體燃料火炬,也叫地面火炬;用于珠峰傳遞的是固體燃料火炬,也叫珠峰特種火炬;固液組合燃料火炬作為一種中間方案,在珠峰傳遞中作為備選。而珠峰火炬系統(tǒng)分為珠峰火炬、高原火種燈、珠峰火種燈、引火器和高原圣火臺五個部分。
在北京西南郊云崗的一間辦公室里,年過七旬的我國著名的導(dǎo)彈發(fā)動機專家劉興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視著火炬,將兩年攻關(guān)的風(fēng)雨歷程如數(shù)家珍般娓娓道來。
登頂之路他們走了兩年。
液體火炬
不懼狂風(fēng)為何敗走麥城
2006年領(lǐng)命研制奧運火炬,研發(fā)團隊確定了液體燃料的方案。液體燃料火炬的特點在于,火炬里還有一個小火焰,外部的擴散火焰由小火焰引燃,穩(wěn)定性大大增強。該火炬以丙烷作燃料,從-40℃到40℃都可以正常工作。此外,為了保證丙烷氣罐的工作溫度,航天設(shè)計團隊用一個回?zé)嵫b置的巧妙設(shè)計,解決了國外火炬遇到的難題。該火炬火焰飄逸,影像效果十分出色。
正在研發(fā)的關(guān)鍵時期,液體火炬卻暴露出意想不到的缺陷。液體火炬設(shè)計者對大風(fēng)情況進(jìn)行了充分考慮。但是他們沒想到,能夠抵擋十級大風(fēng)的火炬卻在小風(fēng)吹動下熄滅了。
2007年春節(jié),火炬意外熄滅的陰影在大家心頭揮之不去。窗外的鞭炮聲不時響起,但不把火炬被吹熄的原因搞清楚,大家誰都過不好年。幾乎連續(xù)20個冬夜,年過七旬的劉興洲院士、葉中元研究員與邵文清、柳發(fā)成、牛余濤等年輕人一起在試驗臺上加班摸索熄火規(guī)律。
一次加班,大家專心致志地做吹風(fēng)試驗。突然,一股強風(fēng)吹來,火焰撲上了手持火炬的柳發(fā)成的前額。他的頭發(fā)被燒掉了一小撮,看著他的新發(fā)型,大家既心疼不已,又忍俊不禁。
通過大量試驗,他們發(fā)現(xiàn)含氧量是癥結(jié)所在。火炬外形設(shè)計由其他單位負(fù)責(zé),與火炬內(nèi)核缺乏匹配,筒體過長,使得燃燒室不能充分補氧。如果在火炬外殼打一些微小的孔,就可以解決這一問題。他們對火炬作了改進(jìn)。結(jié)果,鉆了小孔的火炬抗風(fēng)性能優(yōu)異,完全可以滿足各個方面的要求。
2006年12月,航天科工集團公司研制的液體燃料火炬通過評審,樣品通過驗收,圓滿完成了北京奧運會地面火炬燃燒系統(tǒng)的研制工作。
固液組合火炬
“垂直極限”下的獨辟蹊徑
研制之初,大家對液體燃料火炬的期待值很高。但2006年9月的第一次西藏之行,帶給大家的卻首先是失望,意想不到的結(jié)果,使大家的思路變換了方向。
在西藏多個地點,特別是在珠峰腳下海拔5200米的大本營,液體火炬在低溫、低壓、高寒大風(fēng)的條件下暴露出了容易熄滅,火焰可見性、抗風(fēng)性差的缺點。大家認(rèn)識到這是由液體燃料特性決定的,必須在燃料上進(jìn)行多方嘗試。
火炬是由一支手持的引火器點燃的。引火器內(nèi)放置的是固體燃料,那么將引火器的固體燃料與火炬的液體燃料相結(jié)合,效果會不會好呢?由此,第一次固液組合火炬的珠峰試驗探索性地展開了。試驗隊員們驚喜地發(fā)現(xiàn),這支火炬的抗風(fēng)性與可視性比液體火炬要好得多!
固體燃料點燃可靠、燃燒穩(wěn)定、易添色,液體丙烷燃料火焰形態(tài)好,如能將二者更好結(jié)合,將是最理想的。在此后的工作中,研制者努力使固液組合火炬性能適應(yīng)了珠峰的苛刻環(huán)境。其中,特別采用預(yù)熱劑解決了液體燃料瓶的預(yù)熱問題。這支火炬作為第二方案,等待在第二次進(jìn)藏試驗中登頂驗證。
這次測試取得了成功。但遺憾的是,因為增加了打開燃料開關(guān)和為預(yù)熱劑添加鹽水的兩個動作,該火炬在峰頂?shù)奶厥馓鞖夂投虝簳r間內(nèi)未能完全考核,該方案沒有得到充分驗證。
固體火炬
從驚險、挫折走向峰頂
首次進(jìn)藏試驗后,引火器在珠峰大本營的良好表現(xiàn)給了大家一個啟發(fā)。劉興洲院士提出,是不是可以利用引火器的固體藥劑制成固體火炬,這樣就增加了一種選擇,固體火炬誕生了。
從2006年秋天到2007年年初,研制人員的工作一路報喜。2007年1月,要進(jìn)行一次低溫試驗,考核火炬的性能。
在西藏之外找寒冷的地點,大家選擇了我國最北端的黑龍江漠河。但在漠河試驗中,發(fā)生了意外的速燃,隊員們對固體燃料下一步的研制進(jìn)程產(chǎn)生了迷茫。此時,劉興洲院士鼓勵大家:“我們干航天的要有一個信念:成功了要總結(jié)成功的經(jīng)驗,失敗了要找到失敗的原因。能汲取教訓(xùn)的人,才能夠重新站起來?!?/p>
這是偶然現(xiàn)象嗎?大家發(fā)現(xiàn),其他火炬中也存在類似問題,分析下來是工藝缺陷造成了速燃。固體燃料壓成藥柱,如壓不實,裂紋就會使燃面擴大,燃燒時就會發(fā)生速燃。此后,壓藥工作改由標(biāo)準(zhǔn)壓機去壓,嚴(yán)格控制壓藥的長徑比,完全杜絕了裂紋的產(chǎn)生,再也沒有發(fā)生過速燃的問題。漠河試驗在珠峰火炬的研制中是一個重要轉(zhuǎn)折點,使固體燃料研制邁出了新的一大步。
在2007年5月的登頂測試中,15支固體火炬在所有營地均表現(xiàn)出了良好的可靠性,并在珠峰峰頂成功點燃,火焰高度大于250毫米,燃燒時間約6分鐘,達(dá)到了研制技術(shù)要求。
方案既已敲定,就該精益求精。燃燒時間要延長到8分鐘,要大大減少出煙的程度,還要對火焰形態(tài)瘦長的不足給予優(yōu)化。這些,基本都靠固體燃料配方的優(yōu)化來實現(xiàn)。
朱家元研究員告訴記者,這期間,他們光配方就搞了112個。112個五顏六色的配方,只是擺在面前,都會讓人眼花繚亂,何況要逐一比較燃燒情況,進(jìn)行篩選。那些日子,朱家元、戚磊等人腦子里只有配方,做起試驗來,經(jīng)常是一連幾個晝夜。
增加藥量受到外形的限制,只能采取降低燃速的辦法。但降低燃速又冒著熄火的困難。如何降低燃速,又保持較多的防熱量成為焦點。最后,通過配方篩選,研制出了低溫度系數(shù)、低壓力指數(shù)的固體燃料,實現(xiàn)了每秒0.5毫米的燃速,工作時間延長到8分鐘。固體燃料專家對此都感到大為驚訝。
珠峰火種燈
“燒餅攤兒”靈感攻克世界難題
火炬項目副總設(shè)計師邵文清曾感慨地對記者說:“整個火炬系統(tǒng),珠峰火種燈是研制歷程最為坎坷的一項;整個隊伍中,任老師是功勞最大的一位!”在他身旁,69歲的老研究員任國周謙虛地向記者笑了笑。
世界各國的奧運火種燈采用的燃料都是液體航空煤油,但要作為珠峰火種燈向8844米頂峰攀登,則必須尋找其他辦法。與火炬研發(fā)不同,火種燈必須從頭干起,沒有成熟的路子可走。
開始,任國周受暖手爐的啟發(fā),做了一個炭棒火種盒。但結(jié)果并不理想:火種自己會熄滅,沒有續(xù)燃,而且排灰不暢。
此時,一個發(fā)現(xiàn)讓他的思路大為開闊。
一天,任國周在市場上轉(zhuǎn)悠,一個燒餅攤的蜂窩煤爐進(jìn)入了他的視野,他立刻上前瞅了起來。這個煤爐不僅燃燒時間長,而且還有一個特點——蜂窩煤上下摞著放,燒成灰自動落下去,排灰問題不就解決了嗎?他立即用可樂瓶做了兩個炭棒小蜂窩煤爐,開始試驗。
此時,一個壞消息傳來。浙江某民營企業(yè)承擔(dān)了外協(xié)任務(wù)后,老板發(fā)現(xiàn)給航天干活,難度大、數(shù)量少,得不著什么利,就告知研制人員:我們不想再合作,你們還是找其他企業(yè)為好。
此時試驗剛剛有所起色,生產(chǎn)必須馬上跟上。他們派人再次前往浙江,強調(diào)這是航天科工集團公司承擔(dān)的科技奧運工程重要項目,希望他們以國為重,為北京奧運貢獻(xiàn)出一份力量。
沒多久,感人的一幕出現(xiàn)了。那個老板被航天人感動了。他說:“你們這些人真的是為了國家不顧一切、無私奉獻(xiàn),為了奧運會,我把配方無償?shù)啬媒o你們做研究,祝你們成功?!焙芸?,大家通過研究獲得了火種燈復(fù)合固體燃料的優(yōu)良方案。
為了掌握火炬、火種燈在各種運輸工具上的燃燒性能,必須進(jìn)行100千米測試。而出于保密起見,這種測試通常安排在夜間。在北京云崗附近一條名為長青路的道路上,他們挑燈夜戰(zhàn),步行、跑步、騎自行車、騎摩托、開卡車,用各種方式進(jìn)行測試。要做到100千米路程測試完成,即使是開汽車也要一兩個小時,而其他方式更要整宿不睡。
功夫不負(fù)有心人。第二次進(jìn)藏測試,火種燈在100多次試驗中戰(zhàn)勝了大風(fēng)低溫低壓的條件,并通過了模擬珠峰環(huán)境的試驗。在嚴(yán)酷的自然面前,航天人的高科技產(chǎn)品無一敗績。
奧運圣火燃燒在世界之巔
2008年5月8日上午9點17分,最激動人心的時刻終于到來了,站在世界之巔的中國登山隊員們高高舉起了燃燒著奪目光芒的北京奧運會火炬。歡呼、激動、流淚,在沸騰一片的大本營,來自航天的保障隊隊員緊緊地?fù)肀г诹艘黄?。良久,他們沒有話語,只是默默地任憑淚水滑過被曬得黝黑的臉龐……
保障隊隊長高炳欣在現(xiàn)場接受中央電視臺采訪時說:“看著自己的產(chǎn)品在珠峰完美燃燒,每個航天人都會覺得很自豪?!鄙畚那逡伯?dāng)即向家里報喜:“奧運圣火成功照耀珠峰,航天人25個月的努力和艱辛,化作一團團神奇的火焰,在世界最高峰高高升起,照亮了世界,航天人一定能行,祖國萬歲。”
帳篷外面,印有“奧運火·航天心”字樣的旗幟迎風(fēng)招展,與遠(yuǎn)處的珠峰交相輝映,渾然天成……