原标题:奥运史上首次!机器人水下火炬传递“黑科技”独家揭秘
中青报·中青网记者张茜
“水火相融”成真了!
2月2日,北京冬奥会火炬接力开始传递,奥运历史上首次水下机器人火炬对接吸引了无数网友的目光,看到“水火相融”的情景,网友在“激动”“骄傲”的同时,脑袋里也冒出了一连串问号:火怎么能够在水下点燃?水下火炬烧的是啥燃料?
中青报·中青网记者独家联系到“科技冬奥”特种火炬技术研究与研制课题负责人张波,他对网友关心的问题一一做出解答。
2022年2月2日,北京冬奥公园,火炬交接由水陆两栖机器人与下一棒水下变结构机器人共同完成。视觉中国供图(视频截图)
机器人同火炬在冰面开展协同测试。研发团队供图
水下火炬重点在于“防水”和“补氧”
张波介绍,初中物理课上讲过,燃烧需要可燃物、助燃剂、点火源3个条件,此次火炬研发也是从这几方面入手。
2月2日下午,北京冬奥公园,火炬从254棒火炬手安国雨手中传给水陆两栖机器人,水陆两栖机器人“举”着点燃的火炬下水,和变结构机器人在水下完成对接,而后另一只机械臂伸出水面,将奥运之火传给255棒火炬手安香怡。
火种在空气和水中皆顺利燃烧。张波说,让火在水下实现燃烧最重要的因素,就是“防水”和“补氧”。
“防水”是指保护点火源,也就是给火制造“无水环境”。张波说,火种被放置在一个“筒”状的“空腔”中,燃烧的火焰周围,包裹了一层“气膜”一样的气动防水罩,正是这两项设计保证了奥运之火与水“隔绝”,顺利在水下燃烧。
此外,水下氧气条件不足,火炬燃烧器还自带了助燃剂,为奥运之火补充足够的氧气。
科研人员在做测试。研发团队供图
燃料是“高纯度家用液化气”,创下国际首次
火炬到底烧的是什么燃料?不少网友根据以往奥运火炬传递的经验展开猜测。
其实,奥运历史上首次采用水下特种火炬的,是2000年澳大利亚悉尼奥运会,之后2014年俄罗斯索契冬奥会和2018年韩国平昌冬奥会也采用了水下火炬。2014年俄罗斯索契冬奥会首创火炬水下传递,2018年韩国平昌冬奥会首创机器人火炬手。
但是,北京冬奥会的水下火炬传递与以上两种技术路线并不相同。张波介绍,这次该团队选择了气态燃料——丙烷,也就是“高纯度家用液化气”。
据他介绍,水下火炬如果采用固体燃料,燃烧中很难避免出现烟雾污染。张波说此次之所以选择丙烷,是为了解决火焰可以同时在空气和水下两种介质中维持较长时间、并且没有污染燃烧的问题。
2022年北京冬奥会不仅是奥运史上第一组水下机器人火炬手——由机器人进行火炬水下传火,同时,此次研发的特种火炬,也是“国际上首支无烟燃烧的绿色清洁水空跨介质火炬”。
联合演练测试团队在试验外场。研发团队供图
难度堪比空间站的舱体对接
火炬麻雀虽小,五脏俱全。
张波说,从技术原理和系统组成上看,水下火炬完全可以类比一个小型的气体燃料发动机。该发动机在实现了水下燃烧的同时,还通过一系列控制机构和程序,实现了与机器人的集成和自动控制。
张波表示,空间站对接是在真空中,而水下火炬的对接还要考虑水流扰动问题,从这个角度来看,这次火炬对接,比空间站的舱体对接还难,“对火炬对接的精准度和稳定性要求极高”。
2月2日下午接受中青报·中青网记者电话采访时,张波的鼻音略有些重,但声音很轻松。他告诉记者,身处冰天雪地,在真实环境下完善技术细节,才换来最终圆满完成水下机器人传递火炬任务,向世界展示了科技奥运的独特魅力。