冬奥会历史上首次实现火炬零碳排放

来源: 中央纪委国家监委网站
此前历届冬奥会还没有成功使用氢气作为火炬燃料的先例,这是冬奥历史上首支氢燃料火炬。

星光璀璨,“雪花”绽放。2月4日晚,北京冬奥会在国家体育场“鸟巢”盛大开幕。主火炬塔被点燃的一刻,梦想在冰与火的碰撞中成为现实。在主火炬和手持火炬的设计研制中,航天技术贡献不小,熊熊燃烧的奥运主火炬闪烁着“绿色冬奥”“科技冬奥”的火光。

火炬拥有一颗绿色的“心脏”。作为此次手持火炬的燃料,氢气绿色、环保、无污染,但易燃、易爆、易泄漏,控制难度大。此前历届冬奥会还没有成功使用氢气作为火炬燃料的先例,这是冬奥历史上首支氢燃料火炬。

不过,氢能在航天领域早已大显身手。液氢已规模应用于我国火箭发动机研制过程中,为长征三号甲、长征五号、长征五号B、长征7号甲系列运载火箭奔赴太空提供了可靠动力保证。

用氢气做火炬燃料并不容易:在北方冬季严酷的室外环境中,如何确保火种不熄灭?同航天任务一样,冬奥火炬对可靠性要求也很高,如何保证氢在运输和传递过程中不泄漏?火炬火焰不能像火箭发动机一样喷射而出,怎样才能有曲线美感……从航天发动机“跨界”到奥运火炬,航天科技集团六院11所(京)和六院101所组成火炬研制团队,历经约两年技术攻关,解决了氢火焰可视性、复杂曲面适应性、大比例减压、氢安全利用、氢燃料储存等多个难题,火炬因此具备良好的环境适应性能。

“在设计和研制过程中,我们收集了近一个世纪历届冬奥会火炬的相关情况,借鉴各国成功经验。奥运火炬燃料从最初的镁块,逐渐演化成丙烷,再到如今无污染、零碳排放的氢气,体现了北京冬奥会的绿色环保科技和我们国家的科技实力,也有助于后续推动国内氢能技术的推广和发展。”研制团队有关负责人说。

万众瞩目的主火炬将以何种方式被点燃,向来是奥运会开幕式的热门看点。这一次,最后一棒的火炬手没有去点火,而是直接把手持火炬插接在了主火炬身上,没有引燃的过程就实现火焰的无缝连接。将最后一棒手持火炬直接作为奥运会主火炬燃烧器的点火方式在奥运会历史上尚属首次,与以往熊熊燃烧的火炬相比,大约可节省99.9%的能量,低碳环保的理念尽显其中。

晶莹剔透的主火炬,与以往历届主火炬在视觉效果上也有很大差别。研制团队采用“微火+显屏”的创意形式,利用悬挂在威亚上的执行机构和地面装置的流畅配合,完成主火炬在40米高空的360度旋转,实现了“火”与“舞美”的完美融合。

从造型上看,主火炬由小雪花和橄榄枝组成。每一片小雪花、每一个枝头上采用的都是全彩LED 直显屏,每一个发光点的颜色、亮度都可以独立控制,4.8mm的出光点实现了灯光图案细腻多彩的变化。

主火炬的“高颜值”需要过硬的技术支撑。既要展现火炬的轻盈,又要实现整体结构的稳定性,研制团队在设计时不得不“斤斤计较”,在材料上选择了铝合金材质,重量只有钢材质的约1/3,实现了轻量化要求。同时,为了达到8小时360度旋转时高效稳定的燃烧,主火炬采用了航天氢氧发动机的燃烧技术。在航天大国重器的高端技术加持下,主火炬不熄火、不回火、不脱火,相当靠谱。

在主火炬上方,有一个长方形的黑色盒子,名叫姿态调节执行机构。它吊挂在威亚小车上,由小车带着它移动到中心位置,放下钢丝绳和电缆与主火炬相连,通过先进的姿态控制技术,配合地面装置完成一系列的翻转、提升和旋转。

在姿态调节执行机构里,还藏着燃料供应系统的氢气滑环、柔性软管和撬装氢气系统。柔性软管,被称为主火炬的“生命之管”,作用是将气瓶中的氢气输送到火炬中心,支撑主火炬的燃烧;滑环,则是实现运动状态下氢气的连续稳定供应;撬装氢气系统是一个集成系统,内含气罐、两路减压系统、电磁阀,主要作用是实现气体的稳定供应。

为了确保主火炬安全可靠,研制团队还充分发挥航天工程研发管理经验,开展了故障模式、影响及危害性分析和故障树分析,关键环节冗余设计,通过全流程综合试验测试,解决了柔性环境条件下的运动控制、长周期稳定燃烧、减稳压控制、安全应用等难题,实现了主火炬复杂系统的安全可靠使用。

本文来源于中央纪委国家监委网站,原文标题为《冬奥会历史上首次实现火炬零碳排放》

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