奧運會火炬一直都備受矚目，這次北京冬奧會有手持火炬、主火炬、場外火炬三種。

　　據航天科技集團六院專家介紹，為適應奧運火炬綠色環保、清潔的發展趨勢以及科技奧運的發展方向，這次全部采用氫氣作為燃料。雖然2020年夏季奧運會上日本已首次采用了氫為燃料的火炬，但這次采用的是高壓儲氫火炬，也是世界首套高壓儲氫火炬，首次實現了冬奧會歷史上火炬的零碳排放。

　　奧運火炬從最初的鎂塊，逐漸演化成丙烷，再到本屆冬奧會的無污染零碳排放的氫氣，充分體現了這屆冬奧會的綠色環保和科技理念，體現了我國的科技實力。

　　為了用氫氣做燃料，總部位于西安的航天科技集團六院11所(京)和六院101所組成的六院火炬研制團隊用兩年時間攻克了一個又一個難關，在奧運會火炬的歷史上畫上了濃墨重彩的一筆。

　　1、手持火炬：無懼零下40℃低溫和十級狂風

　　作為奧運會前最重要儀式之一的奧運圣火傳遞，要穿越高山，穿越不同環境的城市，經歷冬季特有的低溫、大風，甚至是雨雪交加的情況。在這樣的環境下火炬是怎么做到不熄滅的呢?六院專家介紹，這和手持火炬的內部核心裝置有關。

　　本屆冬奧會的手持火炬真正體現了外殼藝術性，內核技術性的特點。因為氫氣雖然綠色環保無污染，但也存在易爆炸、易泄露、泄露時無色無味不好發現的“缺點”。而要達到5分鐘穩定燃燒，也需要很強的技術性。手持火炬采用高壓儲氫方案，內核由三部分組成，從底部到頂部分別是氣瓶、控氫閥和燃燒器。其中，控氫閥和燃燒器都是由六院11所(京)攻關研制，氣瓶(氫燃料儲存裝置)則由六院101所研制。在攻關過程中，六院研制團隊解決了氫火焰可視性、復雜曲面適應性、大比例減壓、氫安全利用、氫燃料儲存等多個難題，讓世界首套的高壓儲氫火炬具有了優秀的環境適應性能。

　　控氫閥是安裝在氣瓶口的一種組合閥門，作用主要是將氣瓶內的高壓氫氣減壓穩壓到需求的出口壓力，配備瓶口閥允許氣瓶充氣，防止氣瓶排氣，并且自帶開關，能控制氣瓶通氣和斷氣。研制團隊為了讓控氫閥能適應北方冬季寒冷的氣候，讓控氫閥接受了-30℃的考驗。同時為配合“飛揚”充滿生機的流線外表以及飛揚的火焰外形，在有限的空間和重量要求下，還對控氫閥進行了“瘦身”，騰出空間給氣瓶確保火焰的大流量。為保證可靠性，控氫閥在設計出廠時經過了氣密封試驗、壽命試驗、水壓試驗等等十七八種、上百次試驗。

　　火炬能在各種環境下燃燒，離不開燃燒器。設計燃燒器的時候，研制團隊首先要滿足“飛揚”復雜曲面特征的結構要求、火焰形態及火焰穩定性的要求。為了滿足這些要求，研制團隊把燃燒器依據曲面造型的要求進行了結構設計，建立燃燒器噴口直徑、噴口流量與火焰形態的關系，并以此控制火焰的形態。同時，在給燃燒器建立火焰穩定性的設計方法時，巧妙的利用飛揚的曲面，構建了一種鈍體穩定結構，把火焰根部很好的保護起來，降低了外界環境對燃燒的影響。因為氫氣燃燒時火焰是無色，所以燃燒器的出口處也經過了特殊設計。六院研制團隊在出口處給燃燒器安裝了一件格柵，在這個格柵表面噴涂堿金屬，通過把溫度提高到650℃以上，實現焰色可視性。這種基于焰色反應原理的氫氣火焰顏色控制方法是研發團隊的創新打造，通過配方和涂裝方法可以實現不同顏色的火焰。

　　隨著研制團隊對技術的不斷迭代優化和多次嚴密的火炬測試，火炬經過了嚴苛的考驗，能夠經受各種極端條件的挑戰，不懼天氣變化、海拔高度和意外掉落。本屆冬奧會的火炬通過火炬綜合環境模擬試驗平臺進行了測試。火炬在低溫-40℃的極寒環境、直面時速高達100km/h的十級狂風、行進中50mm/h的雨雪天氣等情況下經受了測試。此外，火炬還從2米高的高度被丟向地面，并在陣風時速超過65km/h的模擬環境中經受了5000m以上的高海拔測試。為了完成這一系列的測試，研制團隊進行了300多次的可靠性試驗。

　　2、主火炬：“微火+顯屏”的創意形式，實現“火”與“舞美”完美融合

　　六院專家介紹，本屆冬奧會上的主火炬與以往歷屆主火炬在視覺效果上有很大差別，因為研制團隊采用的是“微火+顯屏”創意形式，利用懸掛在威亞上的執行機構和地面裝置的流暢配合完成主火炬在40米高空的360度旋轉，實現了“火”與“舞美”的完美融合。

　　另外這次和以往的主火炬相比還有一個很大的不一樣：那就是最后一棒的火炬手并沒有去點火，而是直接把手持火炬插接在了主火炬身上，實現了火焰的無縫連接，沒有引燃的過程。這樣的點火方式是奧運會歷史上百年首創，達到了節能的效果，與以往熊熊燃燒的火炬相比，比它們大約節省了99.9%的能量，充分體現了低碳環保的理念，體現了中國人的文化自信。

　　主火炬的造型是由小雪花和橄欖枝組成。每一片小雪花、每一個枝頭上都是采用全彩LED 直顯屏，每一個發光點的顏色、亮度都是可以獨立控制的，4.8mm的出光點實現了燈光圖案細膩的多彩變化。

　　要實現這么高的顏值，是需要過硬的技術支撐的。研制團隊在設計的時候 “斤斤計較”，既要展現主火炬的輕盈，又要實現整體結構的穩定性，在材料的選擇上選用鋁合金材質，重量只有鋼材質的1/3，實現了輕量化的要求。同時，為了達到8小時360度旋轉時高效穩定的燃燒，采用了航天氫氧發動機的燃燒技術，有大國重器上的高端技術加持，保證了主火炬不熄火、不回火、不脫火。

　　主火炬的頭頂上有一個長方形的黑色盒子，這個黑盒子叫姿態調節執行機構，它吊掛在威亞小車上，由小車帶著它移動到中心位置，放下鋼絲繩和電纜與主火炬相連，通過先進的姿態控制技術，配合地面裝置完成我一系列的翻轉、提升和旋轉。姿態調節執行機構里面藏著燃料供應系統的氫氣滑環、柔性軟管和撬裝氫氣系統。被稱為“生命之管”的軟管作用就是將氣瓶中的氫氣輸送到火炬中心，支撐主火炬的燃燒。滑環的作用是實現運動狀態下氫氣的連續穩定供應。撬裝氫氣系統是一個集成系統，內含氣罐、兩路減壓系統、電磁閥，主要作用是實現氣體的穩定供應。

　　在設計這個黑盒子時，研制團隊通過應用氫氧發動機氫燃料加注及推進技術，實現了可卷伸氫氣管道、可卷伸電纜、可卷伸控制線纜和快速對接裝置，實現氫、電、控制信號在特殊表演場景下的連續、穩定、可靠供應與傳輸，和著主火炬的節拍一起上下伸展。

　　在主火炬的腳下，還有一個國內首創的高科技舞臺秀作品——地面裝置。隱藏在舞臺中的它，在需要的時候可以把主火炬翻轉45°，在翻轉過程中臺階踏步機構橫空而起，將主火炬和地面連接起來。

　　研制團隊充分發揮航天工程研發管理經驗，開展了故障模式、影響及危害性分析和故障樹分析，關鍵環節冗余設計，通過全流程綜合試驗測試，解決了柔性環境條件下的運動控制、長周期穩定燃燒、減穩壓控制、安全應用等難題，實現了主火炬復雜系統的安全可靠使用。

　　3、場外火炬：內外雙轉臺相互支撐，完成各自獨立旋轉和同步旋轉

　　六院專家介紹，場外火炬是“三胞胎”，分布在各場館外。

　　觀眾看到的是飄帶和雪花，實際上在地面下還有一個隱藏的與場內的主火炬完全不一樣的轉臺裝置，以帶動形成內外不同的旋轉效果，呈現出視覺上的美感。

　　轉臺裝置最關鍵的兩部分是外轉臺和內轉臺。場外火炬的飄帶是安裝在外轉臺上的，它會隨著外轉臺一起旋轉;而場外火炬的主火炬雪花是安裝在內轉臺上的，它隨著內轉臺一起旋轉。這樣的雙轉臺通過一個中間構件相互支撐完成各自的獨立旋轉和同步旋轉，這也是目前市場上的首例。

　　正是這種種技術支持，保障了以氫氣為燃料的火炬完美亮相。同樣承載著“更快、更高、更強、更團結”的奧運精神的氫燃料火炬，在世界人民面前再一次展示了中國的科技實力，向世界廣泛傳播了綠色奧運、科技奧運的理念，翻開了體育史乃至科技史上的嶄新篇章。

　　華商報記者 馬虎振 通訊員 馬麗娜(中國航天科技集團公司六院供圖)