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在本屆冬奧會(huì)上，科技和綠色是兩大主題，這兩個(gè)主題都體現(xiàn)在場(chǎng)館建設(shè)、賽事組織、設(shè)備設(shè)施等方面?；鹁媸嵌瑠W會(huì)最具特色的標(biāo)志之一。冬奧會(huì)火炬首次實(shí)現(xiàn)了冬奧會(huì)歷史上火炬的零碳排放。冬奧會(huì)火炬有哪些高科技？如何實(shí)現(xiàn)零排放？
清潔能源點(diǎn)燃冬奧火炬
“飛揚(yáng)”是本次冬奧會(huì)使用的手持式火炬的名稱。它以氫氣為燃料，是世界上第一套高壓儲(chǔ)氫火炬，實(shí)現(xiàn)了冬奧會(huì)歷史上火炬的零碳排放。
航天科技集團(tuán)六院第101所所長(zhǎng)王成剛：整個(gè)是火炬的內(nèi)核，我們稱之為氫芯。這一部分是我們的氣瓶，鋁合金內(nèi)膽，碳纖維纏繞主要考慮安全，其承載能力達(dá)到42兆帕。應(yīng)該屬于高壓范疇，必須將儲(chǔ)存在氣瓶中的氫氣減壓到常壓狀態(tài)，這是我們航天的專有技術(shù)。
氫氣綠色環(huán)保，但易燃、易爆、易泄漏。以往冬奧會(huì)還沒(méi)有成功使用氫氣作為火炬燃料的先例。為了適應(yīng)冬奧會(huì)手持火炬曲面外殼的設(shè)計(jì)，在內(nèi)部空間非常有限的情況下，研究人員進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新，采用了有針對(duì)性地設(shè)計(jì)和輕量化技術(shù)，對(duì)整個(gè)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了減肥，騰出空間，確保有足夠的燃料儲(chǔ)存。同時(shí)，為了保證火炬燃燒過(guò)程的高可靠性，研究人員運(yùn)用了航天設(shè)計(jì)理念。
航天科技集團(tuán)六院北京11所冬奧會(huì)火炬項(xiàng)目控氫閥技術(shù)負(fù)責(zé)人鄭曉東：我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，其強(qiáng)度是安全余量的幾倍。我們完全按照航天可靠性的概念進(jìn)行了充分的測(cè)試，這有點(diǎn)像我們做（火箭）發(fā)動(dòng)機(jī)，我們應(yīng)該有一些功能和安全性。
火炬不怕寒冷，不怕雨雪
用火箭技術(shù)做火炬真的很新鮮。這樣做的火炬可靠嗎？帶著這樣的疑問(wèn)，專門走訪了火炬的試驗(yàn)過(guò)程。
中央電視臺(tái)記者李寧：為確保冬奧會(huì)火炬的高可靠性，航天科技集團(tuán)六院專門為火炬建立了試驗(yàn)基地。試驗(yàn)已經(jīng)開始了，我們可以清楚地感受到風(fēng)雨的感覺(jué)，現(xiàn)在風(fēng)速約為每小時(shí)65公里，即8級(jí)風(fēng)。
冬奧會(huì)手持火炬多次傳遞，在傳遞過(guò)程中可能遇到極端天氣，為了使火炬面對(duì)惡劣環(huán)境仍能保持穩(wěn)定，研究人員模擬風(fēng)、雨、低溫等特殊氣候環(huán)境，進(jìn)行了300多次各種工況試驗(yàn)，最終確?；鹁娴母呖煽啃?。
航天科技集團(tuán)六院101所所長(zhǎng)王成剛：我們火炬在測(cè)試過(guò)程中提出的技術(shù)指標(biāo)只要滿足8級(jí)風(fēng)，我們的測(cè)試極限要求達(dá)到10級(jí)風(fēng)。海拔條件測(cè)試需要4000米，我們測(cè)試了5000米。
此外，該試驗(yàn)還模擬了火炬手惡劣氣候條件下的運(yùn)動(dòng)，涵蓋了火炬?zhèn)鬟f過(guò)程中的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
經(jīng)過(guò)千錘百煉，“飛揚(yáng)”在10級(jí)強(qiáng)風(fēng)、零下40攝氏度低溫、暴雨、5000米高海拔等環(huán)境下燃燒狀態(tài)非常穩(wěn)定。即便如此，研究人員還是不放心，每個(gè)火炬出廠前還有一個(gè)測(cè)試。
航天科技集團(tuán)六院101所所長(zhǎng)王成剛：每一次火炬組裝完成后，我們進(jìn)行10秒驗(yàn)證，評(píng)估火炬的整體性能。所以在這個(gè)火炬?zhèn)鬟f過(guò)程中，每個(gè)火炬都得到了完美的展示。
確?；鹧鎯?yōu)雅靈動(dòng)
經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的極端試驗(yàn)，保證了火炬的可靠性。但與此同時(shí)，研究人員也面臨著新的挑戰(zhàn)。如何讓火焰看起來(lái)更漂亮？
由于儲(chǔ)氫罐的壓力很大，直接點(diǎn)燃后，火焰會(huì)像火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴射的尾焰一樣猛烈，不僅不安全，而且缺乏優(yōu)雅的火焰燃燒美，奧運(yùn)火炬燃燒的火焰需要有特定的高度和形式，以確保優(yōu)雅的流動(dòng)美。安裝在氣瓶口的組合閥控制閥中有一個(gè)叫做減壓閥的部件，這是決定火焰美妙形狀的關(guān)鍵部件。
航天科技集團(tuán)六院北京11所冬奧會(huì)火炬項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人劉悅：我們的減壓閥尺寸現(xiàn)在只有原來(lái)的2/3，它將三部分耦合在一起。氫氣燃燒得很快，火焰出來(lái)后，它是直的，不漂浮也不靈活。減壓閥（減壓）后的壓力直接影響其火焰形狀。
劉悅介紹，控氫閥可將氫壓從42兆帕的高壓轉(zhuǎn)化為約1000帕的低壓，從而控制火焰燃燒的范圍，而漂浮的形狀需要火炬中的燃燒器來(lái)完成。
航天科技集團(tuán)六院北京11所冬奧會(huì)火炬項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人劉悅：火焰的最終要求是階梯狀的，中心要高一點(diǎn)。這完全是一個(gè)3D打印的形狀，彎制是彎不出來(lái)造型和方向的。
為火焰上色，為美美地“飛揚(yáng)”
它解決了可靠性的問(wèn)題，為火焰創(chuàng)造了一個(gè)完美的形狀，這下應(yīng)該大功告成了吧？然而，并沒(méi)有！還有一個(gè)重要的問(wèn)題需要解決，那就是給火焰上色。
由于氫氣的特性，在空氣中燃燒，呈現(xiàn)出淡藍(lán)色的火焰，在自然環(huán)境中肉眼幾乎看不見(jiàn)，為了實(shí)現(xiàn)火焰的可視性，有必要找到一種方法來(lái)顯示火焰的顏色。為了實(shí)現(xiàn)火焰著色，開發(fā)人員嘗試了許多方法，甚至在家里的煤氣爐上進(jìn)行了測(cè)試，現(xiàn)在有了穩(wěn)定可見(jiàn)的火炬火焰。
航天科技集團(tuán)六院北京11所冬奧會(huì)火炬項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人劉悅：雖然一開始有一些原則知識(shí)，但你仍然需要做測(cè)試，開始在家里嘗試，找到各種各樣的東西，至少原則上是可靠的。
通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，研究人員研制出幾十種火焰顏色，經(jīng)過(guò)大量的比較，最終選擇了我們現(xiàn)在看到的黃色火炬火焰顏色。
確定顏色后，接下來(lái)要解決的重要問(wèn)題之一就是如何涂上顯色劑，以保證連續(xù)5分鐘的焰色反應(yīng)。
航天科技集團(tuán)六院北京11所冬奧會(huì)火炬項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人劉悅：通過(guò)溶劑將焰色劑配方溶解在一起，使其黏稠，然后慢慢刷到表面，幾乎就是這個(gè)位置。
記者：涂多少是不是也得（做試驗(yàn)）？
航天科技集團(tuán)六院北京11所冬奧會(huì)火炬項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人劉悅：是的，我們必須做試驗(yàn)，現(xiàn)在我們手持火炬5分鐘的可靠性沒(méi)有問(wèn)題，再多幾倍也沒(méi)關(guān)系。
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