科技奥运:给奥运火炬装上一颗中国航天的“心”

　　“点燃激情，传递梦想”，2008年的奥运圣火3月24日在奥林匹亚被点燃，从4月2日开始一路飞翔，直到8月8日那个激动人心的时刻到来。在奥运火炬“祥云”熊熊燃烧、栉风沐雨而长燃不衰的背后，都蕴藏着哪些科技奥秘呢？

　　2008年的奥运圣火3月24日在奥林匹亚被点燃，3月31日抵达北京。从4月2日开始一路飞翔，历经阿拉木图、伊斯坦布尔、圣彼得堡、伦敦、巴黎，再穿越大西洋，飞抵美国的旧金山，最后在祖国神州大地的山山水水间传递，直到8月8日那个激动人心的时刻到来。

　　“点燃激情，传递梦想”，奥运火炬是中国人民世纪激情的一个象征，也是我们奥运之梦的美好寄托。

　　在奥运火炬“祥云”熊熊燃烧、栉风沐雨而长燃不衰的背后，都蕴藏着哪些科技奥秘呢？奥运火，航天心

　　3月30日，作为我国科技界的唯一代表，中国航天科工集团公司总经理许达哲飞赴雅典参加了奥运圣火交接仪式。正是中国航天科工集团，承担了奥运火炬燃烧系统的研制工作。

　　“奥运火，中国心；奥运火，航天心，办好2008北京奥运会，是华夏儿女的共同心愿，也是中国航天人义不容辞的责任。”许达哲这样表达自己当时的心情。

　　自2001年7月中国成功申办奥运会开始，中国航天科工集团公司便开始跟踪奥运项目。为抓好此项工作，他们组织了强有力的研发队伍，主要领导担纲科技奥运总指挥、副总指挥和总工程师，刘兴洲、钟山这两位航天资深院士担当起奥运火炬燃烧系统等任务的总设计师。

　　许达哲说：“经过精心设计和反复试验，北京奥运火炬燃烧时间超过15分钟，可抵抗11级的大风和超过每小时50毫米的大雨。实际上，这些指标都远远超出北京奥组委提出的设计要求。我们不仅要让奥运圣火燃烧得更完美，还要确保实现人类首次将奥运圣火稳妥安全地送上世界最高峰———珠穆朗玛峰。”

　　据介绍，北京奥运火炬由外观设计及制造，燃烧系统研究、设计、试验及制造，连接系统设计及制造这三大部分所组成，中国航天科工集团公司承担了除外观设计之外的设计和研制任务。

　　人们目前所看到的火炬，其燃烧的火焰可达20～30厘米高度，形态饱满，而且造型美观，火焰明亮，汲取了往届奥运火炬的优点，还在五大技术上实现了创新：

　　第一，预混火焰与扩散火焰的“双火焰”结合燃烧，确保其火焰可靠稳定，有较强的抗风雨能力；

　　第二，采用了气相稳压技术，在0～2500米的海拔高度区间内，都能以稳定的压力保证其火焰高度不变；

　　第三，以丙烷作燃料，既符合环保要求，又保证了宽广的温度适应范围；

　　第四，用整体无缝耐高压铝瓶贮存燃料，确保其安全耐用；

　　第五，利用燃料循环流动高效回热，即利用火焰本身的热量加热燃料瓶，使其在-40℃低温下仍能照常工作。

　　奥运火炬的研制，从一定程度上讲，等同于航天技术的一次创新。燃烧系统超越以往

　　中国航天科工集团公司所属航天三院31所承担了火炬燃烧系统的设计研发。

　　在设计初期，他们搜集了近一个世纪以来奥运会火炬的有关情况，研究了以前各种火炬的优缺点和曾经发生的意外。比如，1956年墨尔本奥运会上，火炬采用镁铝药柱进行燃烧，曾引发火炬手烧伤事故；还有的火炬采用双燃室的方案，造成火炬的分量过重，让火炬手感觉十分劳累。在吸取各种火炬的优缺点中，设计人员确定，以丙烷作为燃料，实施预混火焰与扩散火焰相结合的方案。

　　航天事业所涉及的技术门类众多，其中发动机技术重要的一部分就是燃烧。让航天技术助燃奥运圣火，本身就是一个双赢之举。

　　火炬的燃烧系统从无到有，设计人员先要借鉴历届奥运会的火炬方案。

　　在集团公司科技奥运工程火炬项目总设计师刘兴洲院士的办公室里，记者看到火炬燃烧系统的结构示意图。

　　刘兴洲介绍，整个燃烧系统分为三部分：燃烧器、稳压装置和燃料瓶，主要工作原理是由供应部分将燃料送往燃烧器进行预燃，在火炬内部点燃小而稳定的火苗，然后再将燃料继续送往预混火焰上方，形成近30厘米高的扩散火焰。

　　刘兴洲说，北京奥运火炬燃烧系统其突出特点体现在三个方面：环保，重量轻，对于气温、气压变化和风雨等外部环境有很强的适应性。首先，火炬采用丙烷作为燃料，丙烷具有宽广的温度适应范围；在室温条件下，这种燃料比其它燃料的蒸汽压要高得多。最初，在选择燃料时，研制人员曾对丙烷和丙烯两种燃料作过比较，虽然它们的饱和蒸汽压都比较高，但丙烯稍有毒性，而丙烷燃烧后，只产生水蒸汽和二氧化碳，最终丙烷以突出的环保特性中选。创新凝聚奇思妙想

　　以往，当奥运火炬传递到气温较低的地区时常有这样的景象：在火炬手的后面，跟着一辆保温车，火炬持续燃烧一会儿后，工作人员得赶紧从车里拿出一个瓶子给火炬换上。在低温之下，其火炬燃料瓶的保温曾是个难题。而在2008北京奥运会火炬传递中，中国航天人所设计的回热装置则圆满解决了这一难题。

　　在结构图中可以看到，火炬内部有一个“五通”，其中分出来一根铜管，在火焰上绕两圈后又进入燃料瓶，这就是设计巧妙的回热装置，它圆满解决低温下火炬不能长时间工作的问题，40多克燃料的燃烧时间超过15分钟，满足了要求。

　　此外，盛装丙烷的燃料瓶也由整块的铝冷拉成型，长细比大，强度高；此外，火炬还设置了用钥匙才能打开的开关，这些设计给火炬的安全性提供充分的保障。

　　在研制过程中，科研人员还不断更新技术细节。

　　如果遇到意外，火炬熄灭了怎么办？航天产品惯用的产品备份做法启发了研发人员的思路，他们提出，在火炬燃烧室中加一个隔板，将其分成主燃室和预燃室，两个燃室结合，一个熄灭了，另一个马上接替。

　　保证火焰高度的气相稳压阀是火炬研制中又一个难点，这个阀门是中国航天科工集团公司自主研制的新产品，集开关、减压、稳压、防喷、调压等多功能于一身，是我国航天人智慧的另一个结晶。

　　还有，火炬的密封也是一个关键点。研制人员借鉴航天密封技术，提出燃料瓶与稳压装置通过螺纹结构可靠连接。这样，在装燃料瓶过程中，燃料瓶阀处于关闭状态，保证其密封性能和安全指标，同时也降低了熄火率。

　　给奥运火炬装上一颗中国航天的心脏，让航天激情与奥运圣火一起熊熊燃烧，奥运火炬熔铸了我国航天人独创的构思，中国航天科工集团公司正在开展相关知识产权的保护工作。目前，两项实用新型专利和一项发明专利已在国家知识产权局获受理，其它几项专利正在申办中。