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奥运焰火有讲究

已有 1796 次阅读 2008-8-11 18:57 |个人分类:名记大作

——访奥运会焰火设计专家组成员赵家玉

 

8月8日晚,第29届北京奥运会开幕式在国家体育场隆重举行。这是开幕式上燃放的焰火。
新华社供图
  
 
    记者:李爱华
 
 
 
 
 
 
8月8日的夜空,“砰”地一声,礼炮响过,焰火急速升腾,定格至永定门的上空,炸开,形成了一只巨大的脚印。紧接着,每隔两秒,沿着永定门——天安门——什刹海——北土城——“鸟巢”,北京城区中轴线上,一共29个脚印伴随着礼炮声一个个出现在人们的视野中。第29届现代奥林匹克运动会就这样从1896年的雅典,走到了1912年的斯德哥尔摩、1936年的柏林、1948年的伦敦、1968年的墨西哥、1980年的莫斯科、2004年的雅典一步步“走”进了中国北京。
 
伴随着29个脚印,奥林匹克精神从古老的奥林匹亚山上走下来,走到中国,走到北京,走到“鸟巢”,又从这里走向世界。这是一场跨越千年的对话!
 
焰火的“讲究”
 
北京理工大学教授赵家玉说,这是世界上首次进行的15公里的大跨度燃放焰火。
 
赵家玉,专门从事焰火研究,两年前进入奥运会焰火设计专家组。
 
赵家玉说,为了体现人文奥运、科技奥运、绿色奥运的理念,此次烟花作了专门设计和研究,原料、发射方式、点火装置、图案控制系统都作了较大改进,实现了防雨防潮、长燃时、长留空,部分烟花燃烧时无烟、无残渣;在发射方式上,采用空气发射、膛压精确发射系统,实现空中动态焰火构图。
 
除了观赏性,安全、防潮一直是烟花产品致力解决的难题。
 
从唐代孙思邈记载的“一硝二璜三木炭”,1000多年来,我国的常规烟花产品主要成分都包含黑火药,其主要成分是硝酸钾、硫磺、木炭,这些物质燃烧后会产生硫化钾、二氧化硫等成分,既有浓烟,也对环境和人体有害。而且,硝酸钾也容易吸潮。
 
今天,烟花产品所用药剂主要由主燃剂、色焰剂、火花与火花分枝剂组成。其中,主燃剂由含碳、氢、氧、氮的硝基化合物组成,色焰剂由锶、钡、铜、钠、钙等化合物组成,火花剂主要由金属可燃物组成。
 
据此,奥运会所用烟花在药剂原材料选择和药剂配方上作了改进。
 
首先,在药剂原材料选择方面,采用硝基化合物、多基化合物等可燃物质取代硫磺,以铁钛合金等轻金属粒子、氧化铋氧化剂,替代了镁、汞、铅等物质。
 
由于所用的原料不吸潮,点燃温度在230℃到250℃之间,增强了在生产、运输、使用过程中的安全性,并且原料纯度要求均在95%以上。
 
其次,通过药剂配方研究,使焰火燃放时,产生二氧化碳、一氧化氮、氮气、水蒸气等气体,而不产生一氧化碳、二氧化氮和微粒状固体可吸入颗粒物,实现对人体和环境无害。
 
这样,金属可燃物和色焰剂在燃烧过程中最终形成的金属氧化物和氯化物粒子小于1μm,可以防止或减少未燃烧完全的残渣或细小燃烧产物弥漫在空中,形成肉眼能见的烟雾。烟花燃烧时不会产生过多的残渣和杂质,不会出现残留物、弹片、纸屑飞下等情况。
 
利用发射系统精确构图
 
赵家玉介绍,8月8日晚,在北京城区中轴线、居庸关长城、国家体育场顶部、奥林匹克中心区等73个地点,共计有151个品种、3.38万枚烟花燃放,总时长约20分钟。这场盛大的焰火表演不仅仅局限在“鸟巢”或奥林匹克区域,整个北京城都是这出华丽演出的舞台。
 
要实现这样大跨度、多点发射、动态构图的长时间焰火燃放,需要在发射系统上做文章。
 
赵家玉介绍,这次的大跨度燃放是通过车载精确膛压技术实现的。利用对炮管膛内压强的控制,可以实现对焰火发射高度、到达位置的控制;利用炮管角度调整,实现对焰火飞行方向的控制,焰火到达空中同一平面,同时绽开,多点组合,实现焰火图案构成。
 
比如,29个“脚印”,是由武警11支队负责的29辆“礼炮车”,预先停放在固定的阵地,在发射前,要精确定位每个炮管的高度、方向、角度。每个炮管发射的焰火对应预设图案中的一个点,这些点构成图形。
 
赵家玉说,炮管的大小、药量的多少也要有精确的控制。此次燃放焰火最大直径可达到12英寸,需要300mm的炮管来发射,有效装药量达到7~8公斤;最小的焰火直径大约20mm,只需要5克的药量。
 
不同药量的烟花弹要实现同时构图或是动态构图,需要对其在空中的燃烧时间作控制。为此,填入炮管的烟花弹中专门加入了阻燃和降温物质,使得烟花弹发射后在空中先点燃外围的暗燃药,再炸开,瞬间点燃中间的强效药,从而实现对燃烧时机的控制,实现长燃时、长留空,达到预定的观赏效果。
 
赵家玉说,奥运焰火需要非常复杂的编排,药管的组合、工艺分配都需要许多的投入。这次的焰火设计是众多参与者多年梦想与心血的结晶。他的一位朋友,5岁时在天安门广场看焰火,问爸爸:“为什么他们打不出‘毛主席万岁’?”两年前,这位朋友找到他,问有没有可能实现动态构图。赵家玉说:“从理论上讲是可以实现的,只要精确控制烟火运行方向、高度和燃烧时间。”
 
2006年,北京奥运会开幕式总导演张艺谋、开闭幕式视觉特效艺术总设计师蔡国强也传达了类似的意向,由专家组进行理论研究,联合4家主要生产商进行试验。经过50多个职能部门的配合、监督和质量控制,最终构成了现在的方案。
 
赵家玉说,由于8月是多雨季节,焰火作了防潮设计,中小雨不会影响到焰火的燃放,但如果是大雨暴雨,则可能会按照预案,取消燃放。如果开幕式上少了焰火,对喜欢欢庆、热烈气氛的中国人来说会是不小的遗憾。让人欣慰的是,这场焰火盛宴顺利开放在北京上空。


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