冬奥火炬“冰与火”之歌

• 2022-02-14 07:49:14 来源：中国青年报

2月4日，2022北京冬奥会开幕式上，火炬冉冉升起。视觉中国供图

“主火炬点火仪式彩排开始！”

凌晨1点，对讲机中传来导演团队的通知，早早在国家体育场鸟巢待命的火炬项目团队瞬间打起了精神。冬奥火炬技术负责人、中国航天科技集团六院北京11所事业部总工程师刘悦期待作品成果得到检验。

这一天，距离北京冬奥会开幕还有一个月，场馆里气温达到零下10℃，研制团队顾不上寒冷，或盯着火炬每一处细节、或奔跑在控制室与外场之间、或与导演团队沟通预判衔接过程中可能出现的问题，所有这些努力都是为了迎接最后的时刻。

2月4日，随着最后一棒火炬手将手持火炬插入“雪花”中心，奥运火焰与96朵晶莹剔透的雪花、6条飘逸的橄榄枝交相辉映——这就是北京冬奥主火炬。微火、屏显、冰与火实现完美相融。

这一刻，刘悦激动不已，他甚至有了一种错觉：他们这群研制火炬的航天人似乎身处火箭发射成功的现场，振臂欢呼，喜极而泣。为了这一天，他们足足奋斗了两年。

给火焰“上色”在家中煤气灶上做起实验

火炬，一直以来都是历届奥运会关键一环，集万千瞩目于一身。北京冬奥会的火炬家族包括三位主力，分别是手持火炬、主火炬、三胞胎场外火炬。这其中，最后一棒的手持火炬转化为主火炬，主火炬也在奥运历史上首次使用了“微火”方式，惊艳世界。

刘悦至今记得，第一次看到创意方案是在2020年年底，“那是一个3D效果图，是创意团队最想看到的结果。”

研制团队很兴奋，几乎每个人都认为，只有他们能实现这个创意。刘悦所在的航天六院北京11所，是我国最早从事液体火箭发动机研制的单位，将航天技术应用到民用产业的道路，他们已经走了近40年，工业火炬就是航天燃烧技术在化工领域的典型应用。

不过，刘悦最初还是有一些担忧：工业火炬和奥运火炬的差别还是非常大的，如何支持火炬空中移动、旋转并维持一定时间的稳定燃烧？面对这样一个创意和任务，最初，他们不知道如何下手。

后来，团队渐渐找到了方向：技术人员在悬挂主火炬的威亚上，设计了一套姿态调节执行机构，配合地面装置实现主火炬的翻转、提升动作；氢气储存和减压装置就藏在其中，减压后的氢气，通过软管源源不断地输送至火炬中心，并应用航天氢氧发动机燃烧技术，保证“不熄火、不回火、不脱火”。

刘悦告诉中青报·中青网记者，为了让主火炬在360度旋转时也能高效稳定燃烧，配套的氢气软管、电缆、控制线缆均可卷伸，让氢、电、控制信号能连续、稳定、可靠地供应传输。

整个过程中，几乎每一步都有难题。比如，他们需要给火焰“上色”。

火炬使用的是氢燃料，燃烧呈现的是“透明”火焰，所以，研制团队要想办法给火炬的火焰“上色”。

航天六院北京11所燃烧系统工程师韩宗捷说，在设计时，研制人员不但要满足“飞扬”复杂曲面特征的结构要求，还要在出口处做出创新设计，实现焰色的可视性，让火焰显示出颜色。

研制初期，正值新冠肺炎疫情蔓延，彼时，火炬燃烧系统处在主力研发阶段，大量优秀的工程师特别是燃烧方面的专家，被迫居家办公，燃烧实验完全无法开展。

韩宗捷、李泓达等团队成员为了实现火焰着色，尝试了很多方法，甚至在家里煤气灶上做起了文章——“焰色反应”实验，这才有了现在稳定可视的火炬火焰。

韩宗捷告诉记者，为了满足高安全性、高稳定性，研制团队对整个燃烧系统进行了300多次可靠性试验，使得火炬通过了在极寒环境、十级狂风、雨雪天气等情况下的测试，最终让“飞扬”火炬拥有了“钢筋铁骨”。

“作为‘国家队’成员，只要国家需要，我们一定会挺身而出。”航天六院北京11所所长岳文龙说，“为了实现手持火炬的燃烧系统技术，我们拿出了完成国家重大航天工程任务、确保不带任何隐患上天的劲头，和航天人严慎细实的工作作风。”

打造火炬“绿心”为1毫米连续加班到两三点

北京冬奥火炬拥有一颗绿色的“心脏”，这是与以往冬奥会一个显著的不同。

“虽然，在2020年夏季奥运会上，日本已经首次采用了氢燃料的火炬，但与东京奥运火炬不一样的是，我国采用的是高压储氢火炬，这是世界首套高压储氢火炬，首次实现了冬奥会历史上火炬的零碳排放。”刘悦说。

他告诉记者，主火炬以绿色环保的氢能作为燃料，而承担了我国空间站、探月、探火等重大任务的长征五号运载火箭，使用的便是氢氧发动机，相关技术在国际上处于领先地位。

当然，用氢气做火炬燃料并不容易：在北方冬季严酷的室外环境，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？这些都是研制团队需要解决的问题。

手持火炬、主火炬、三胞胎场外火炬漫画。中国航天科技集团六院北京11所供图

2020年8月17日晚10点，航天六院101所项目总师姜联东清晰地记得这个时间。看着火炬原理样机在台钳上又一次成功点火，他毫不犹豫地把火炬握在了手里。这一刻，参与项目研制的团队成员都无比激动，信心剧增。

一个月后，手持火炬的造型确定了：火炬以祥云纹样“打底”，自下而上从祥云纹样逐渐过渡到剪纸风格的雪花图案，旋转上升。

“惊艳，外观设计团队的创意非常惊艳，流线型的造型，律动感很强。”这是第一眼看到火炬外壳时，航天六院北京11所特种阀事业部常务副总经理丁英仁的感受。

在见到最终外观之前，研制团队以2008年北京奥运会火炬外壳尺寸及造型作为参考进行设计。此时，燃烧系统研制已经进入尾声，外壳与内芯要进行匹配。而创意团队公开的造型，与想象中的火炬外形差别较大，现有的燃烧系统从尺寸到造型，都难以匹配。

“火炬的内外飘带，如丝带飘舞，旋转上升，最后呈现为飞扬的火焰。这样饱含着美好寓意的火炬造型，却给火炬燃烧系统带来了前所未有的难题。”姜联东说，火炬内外飘带的造型，使得储氢气瓶不可能像外形一样上粗下细，若减少储氢气瓶尺寸，必然不能满足氢气的燃烧用量。

想着之前的努力可能要白费了，项目研制成员有人叹了一口气，愣愣地看着“飞扬”的造型出了神。

“我们可以做一节大的储氢气瓶，再连接一个小的。”

“不行不行，连接结构也占空间，根本没节约出多少尺寸。”

会上，研制团队成员你一言我一语，激烈地讨论了起来，刚刚沉闷的气氛很快就被一扫而空，每个人都出谋划策。

经讨论，大家达成一致意见，决定缩小储氢气瓶的尺寸，提高设计压力，而这也意味着有无数个未知和难关，等待研制团队去发现和攻破。

想要把燃烧系统装进火炬的内部空间，除了要精简阀门外形、优化内部空间外，非常重要的一点，就是要将气瓶中的压力由35兆帕提升至42兆帕。

7兆帕压力差，看似很小，对于技术团队是一个巨大的挑战。它考验的是阀门的密封技术、降压技术、火焰稳定技术、可靠性等，都需要一一攻克。

“我们的减压阀同时要起到减压、充气、开关及密封四重作用，所以非常关键。压力的再次提升，要求我们要把密封等全部重新算一遍、材料重新换一批。”丁英仁说，他们还要考虑高压情况下，如何在关上火炬时减阻减摩，如何从42兆帕高压降低到常压，维持火苗燃烧的稳定等。

姜联东透露，团队成员常常因为1毫米的技术方案更改，连续加班到夜里两三点，要核算充气量，既要满足火炬的燃料时间，又要保证储氢气瓶安全可靠。

“这也是我们团队研制最紧张的阶段。”韩宗捷说，“我们短时间内绘制了20余套图纸，进行了3D打印进行匹配，最终第一台手持火炬工程样机顺利诞生。”

打造火炬“三巨头”80后90后是主力

2021年“十一”期间，北京某试验场，一群技术人员正在紧张地进行综合演练。

刘悦告诉记者，在过去一年多的时间里，项目团队不知加过多少次班，熬过多少次夜，但这次的熬夜对于他们意义不同，他们要第一次目睹“雪花”在空中绽放了——

创意团队选择富有文化气息的小雪花和橄榄枝造型。“雪花”的中心，手持火炬插入后作为主火炬进行燃烧，冰与火的碰撞中，将艺术照进现实。

这天凌晨3点，“火花”与“雪花”缓缓升起，项目团队的泪水决堤而下。

“团队里大部分都是80后，家里大都还有孩子，但必须克服一切困难，全力以赴投入项目研制中，他们都很不容易。”刘悦说。

“步步惊心”，这是团队这一年多来的心路历程。

“这次冬奥火炬的创意，是对传统奥运主火炬方案的颠覆。主火炬工作时间从1.5小时延长到最后的8小时，显示方案也在不停地进行调整，供氢方案也进行了多次的选择和安全论证，火炬展示程序及动作在过程中不断增加。这些都是对我们技术实力和应变能力的考验。”刘悦说。

他以火炬控氢阀为例，这是安装在气瓶口的组合阀门，其作用主要是将气瓶内的高压氢气减压稳压到常规出口压力。为了契合冬奥会手持火炬曲面外壳设计，在内部空间十分有限的情况下，项目团队对控氢阀做了大胆的创新。

“我们采用了微型的轻量化技术，对其进行了‘瘦身’，以便腾出空间给氢气瓶，确保火焰的大流量，同时实现了该轻的地方轻，该重的地方重，该承受力的地方结实。”丁英仁说。

艺术“实现”与技术“现实”在不断地进行磨合。

他告诉记者，在压力提升20%的情况下，阀门长度从最初的162毫米降至110毫米，重量减轻至290克，重量仅相当于一袋牛奶。

在这支不断攻坚克难的团队里，80后、90后是主力，王星凯就是其中一员，他主要负责设计和现场施工管理工作。

火炬是开幕式的核心机密，相关工作大多安排在彩排结束后的深夜进行，入冬后，北京夜间的温度有时会逼近零下10℃。

“整个后半宿，我们基本是一站到底。”王星凯说。每当天光微亮，即使是年轻人，腿也酸得不行。

2月4日立春，腹有火炬的“雪花”面向全球亮相。

“主火炬决定着开闭幕式的成败。”航天六院北京11所党委书记李晓峰坦言，火炬保障团队最大的压力就来自于必须保证整套系统的高可靠性，不容有失。

他说，数十年的产品研发经历与众多项目的实践磨砺，让团队在主火炬的研制过程中能够不畏困难，迅速制定解决方案，并进行有效验证测试，将导演团队的创意一步步变为现实。

与此同时，三处场外火炬完美亮相。北京奥运会共设有三处场外火炬，分别位于延庆城区、张家口太子城冰雪小镇、北京奥林匹克森林公园中心区。三处场外主火炬与主会场火炬一同点燃，这是对储氢、运氢、燃烧等多重技术的考验。

“我们有信心，三胞胎场外火炬也将有完美的表现。”场外火炬负责人张范说。他相信，“雪花”绽放的这一历史性画面，将定格在许多人的记忆深处。

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