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2月4日，2022北京冬奧會開幕式上，火炬冉冉升起。視覺中國供圖

手持火炬、主火炬、三胞胎場外火炬漫畫。 中國航天科技集團六院北京11所供圖

“主火炬點火儀式彩排開始！”

凌晨1點，對講機中傳來導演團隊的通知，早早在國家體育場鳥巢待命的火炬項目團隊瞬間打起了精神。冬奧火炬技術(shù)負責人、中國航天科技集團六院北京11所事業(yè)部總工程師劉悅期待作品成果得到檢驗。

這一天，距離北京冬奧會開幕還有一個月，場館里氣溫達到零下10℃，研制團隊顧不上寒冷，或盯著火炬每一處細節(jié)、或奔跑在控制室與外場之間、或與導演團隊溝通預判銜接過程中可能出現(xiàn)的問題，所有這些努力都是為了迎接最后的時刻。

2月4日，隨著最后一棒火炬手將手持火炬插入“雪花”中心，奧運火焰與96朵晶瑩剔透的雪花、6條飄逸的橄欖枝交相輝映——這就是北京冬奧主火炬。微火、屏顯、冰與火實現(xiàn)完美相融。

這一刻，劉悅激動不已，他甚至有了一種錯覺：他們這群研制火炬的航天人似乎身處火箭發(fā)射成功的現(xiàn)場，振臂歡呼，喜極而泣。為了這一天，他們足足奮斗了兩年。

給火焰“上色” 在家中煤氣灶上做起實驗

火炬，一直以來都是歷屆奧運會關鍵一環(huán)，集萬千矚目于一身。北京冬奧會的火炬家族包括三位主力，分別是手持火炬、主火炬、三胞胎場外火炬。這其中，最后一棒的手持火炬轉(zhuǎn)化為主火炬，主火炬也在奧運歷史上首次使用了“微火”方式，驚艷世界。

劉悅至今記得，第一次看到創(chuàng)意方案是在2020年年底，“那是一個3D效果圖，是創(chuàng)意團隊最想看到的結(jié)果。”

研制團隊很興奮，幾乎每個人都認為，只有他們能實現(xiàn)這個創(chuàng)意。劉悅所在的航天六院北京11所，是我國最早從事液體火箭發(fā)動機研制的單位，將航天技術(shù)應用到民用產(chǎn)業(yè)的道路，他們已經(jīng)走了近40年，工業(yè)火炬就是航天燃燒技術(shù)在化工領域的典型應用。

不過，劉悅最初還是有一些擔憂：工業(yè)火炬和奧運火炬的差別還是非常大的，如何支持火炬空中移動、旋轉(zhuǎn)并維持一定時間的穩(wěn)定燃燒？面對這樣一個創(chuàng)意和任務，最初，他們不知道如何下手。

后來，團隊漸漸找到了方向：技術(shù)人員在懸掛主火炬的威亞上，設計了一套姿態(tài)調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)，配合地面裝置實現(xiàn)主火炬的翻轉(zhuǎn)、提升動作；氫氣儲存和減壓裝置就藏在其中，減壓后的氫氣，通過軟管源源不斷地輸送至火炬中心，并應用航天氫氧發(fā)動機燃燒技術(shù)，保證“不熄火、不回火、不脫火”。

劉悅告訴中青報·中青網(wǎng)記者，為了讓主火炬在360度旋轉(zhuǎn)時也能高效穩(wěn)定燃燒，配套的氫氣軟管、電纜、控制線纜均可卷伸，讓氫、電、控制信號能連續(xù)、穩(wěn)定、可靠地供應傳輸。

整個過程中，幾乎每一步都有難題。比如，他們需要給火焰“上色”。

火炬使用的是氫燃料，燃燒呈現(xiàn)的是“透明”火焰，所以，研制團隊要想辦法給火炬的火焰“上色”。

航天六院北京11所燃燒系統(tǒng)工程師韓宗捷說，在設計時，研制人員不但要滿足“飛揚”復雜曲面特征的結(jié)構(gòu)要求，還要在出口處做出創(chuàng)新設計，實現(xiàn)焰色的可視性，讓火焰顯示出顏色。

研制初期，正值新冠肺炎疫情蔓延，彼時，火炬燃燒系統(tǒng)處在主力研發(fā)階段，大量優(yōu)秀的工程師特別是燃燒方面的專家，被迫居家辦公，燃燒實驗完全無法開展。

韓宗捷、李泓達等團隊成員為了實現(xiàn)火焰著色，嘗試了很多方法，甚至在家里煤氣灶上做起了文章——“焰色反應”實驗，這才有了現(xiàn)在穩(wěn)定可視的火炬火焰。

韓宗捷告訴記者，為了滿足高安全性、高穩(wěn)定性，研制團隊對整個燃燒系統(tǒng)進行了300多次可靠性試驗，使得火炬通過了在極寒環(huán)境、十級狂風、雨雪天氣等情況下的測試，最終讓“飛揚”火炬擁有了“鋼筋鐵骨”。

“作為‘國家隊’成員，只要國家需要，我們一定會挺身而出。”航天六院北京11所所長岳文龍說，“為了實現(xiàn)手持火炬的燃燒系統(tǒng)技術(shù)，我們拿出了完成國家重大航天工程任務、確保不帶任何隱患上天的勁頭，和航天人嚴慎細實的工作作風。”

打造火炬“綠心” 為1毫米連續(xù)加班到兩三點

北京冬奧火炬擁有一顆綠色的“心臟”，這是與以往冬奧會一個顯著的不同。

“雖然，在2020年夏季奧運會上，日本已經(jīng)首次采用了氫燃料的火炬，但與東京奧運火炬不一樣的是，我國采用的是高壓儲氫火炬，這是世界首套高壓儲氫火炬，首次實現(xiàn)了冬奧會歷史上火炬的零碳排放。”劉悅說。

他告訴記者，主火炬以綠色環(huán)保的氫能作為燃料，而承擔了我國空間站、探月、探火等重大任務的長征五號運載火箭，使用的便是氫氧發(fā)動機，相關技術(shù)在國際上處于領先地位。

當然，用氫氣做火炬燃料并不容易：在北方冬季嚴酷的室外環(huán)境，如何確保火種不熄滅？同航天任務一樣，冬奧火炬對可靠性要求也很高，如何保證氫在運輸和傳遞過程中不泄漏？火炬火焰不能像火箭發(fā)動機一樣噴射而出，怎樣才能有曲線美感？這些都是研制團隊需要解決的問題。

2020年8月17日晚10點，航天六院101所項目總師姜聯(lián)東清晰地記得這個時間。看著火炬原理樣機在臺鉗上又一次成功點火，他毫不猶豫地把火炬握在了手里。這一刻，參與項目研制的團隊成員都無比激動，信心劇增。

一個月后，手持火炬的造型確定了：火炬以祥云紋樣“打底”，自下而上從祥云紋樣逐漸過渡到剪紙風格的雪花圖案，旋轉(zhuǎn)上升。

“驚艷，外觀設計團隊的創(chuàng)意非常驚艷，流線型的造型，律動感很強。”這是第一眼看到火炬外殼時，航天六院北京11所特種閥事業(yè)部常務副總經(jīng)理丁英仁的感受。

在見到最終外觀之前，研制團隊以2008年北京奧運會火炬外殼尺寸及造型作為參考進行設計。此時，燃燒系統(tǒng)研制已經(jīng)進入尾聲，外殼與內(nèi)芯要進行匹配。而創(chuàng)意團隊公開的造型，與想象中的火炬外形差別較大，現(xiàn)有的燃燒系統(tǒng)從尺寸到造型，都難以匹配。

“火炬的內(nèi)外飄帶，如絲帶飄舞，旋轉(zhuǎn)上升，最后呈現(xiàn)為飛揚的火焰。這樣飽含著美好寓意的火炬造型，卻給火炬燃燒系統(tǒng)帶來了前所未有的難題。”姜聯(lián)東說，火炬內(nèi)外飄帶的造型，使得儲氫氣瓶不可能像外形一樣上粗下細，若減少儲氫氣瓶尺寸，必然不能滿足氫氣的燃燒用量。

想著之前的努力可能要白費了，項目研制成員有人嘆了一口氣，愣愣地看著“飛揚”的造型出了神。

“我們可以做一節(jié)大的儲氫氣瓶，再連接一個小的。”

“不行不行，連接結(jié)構(gòu)也占空間，根本沒節(jié)約出多少尺寸。”

會上，研制團隊成員你一言我一語，激烈地討論了起來，剛剛沉悶的氣氛很快就被一掃而空，每個人都出謀劃策。

經(jīng)討論，大家達成一致意見，決定縮小儲氫氣瓶的尺寸，提高設計壓力，而這也意味著有無數(shù)個未知和難關，等待研制團隊去發(fā)現(xiàn)和攻破。

想要把燃燒系統(tǒng)裝進火炬的內(nèi)部空間，除了要精簡閥門外形、優(yōu)化內(nèi)部空間外，非常重要的一點，就是要將氣瓶中的壓力由35兆帕提升至42兆帕。

7兆帕壓力差，看似很小，對于技術(shù)團隊是一個巨大的挑戰(zhàn)。它考驗的是閥門的密封技術(shù)、降壓技術(shù)、火焰穩(wěn)定技術(shù)、可靠性等，都需要一一攻克。

“我們的減壓閥同時要起到減壓、充氣、開關及密封四重作用，所以非常關鍵。壓力的再次提升，要求我們要把密封等全部重新算一遍、材料重新?lián)Q一批。”丁英仁說，他們還要考慮高壓情況下，如何在關上火炬時減阻減摩，如何從42兆帕高壓降低到常壓，維持火苗燃燒的穩(wěn)定等。

姜聯(lián)東透露，團隊成員常常因為1毫米的技術(shù)方案更改，連續(xù)加班到夜里兩三點，要核算充氣量，既要滿足火炬的燃料時間，又要保證儲氫氣瓶安全可靠。

“這也是我們團隊研制最緊張的階段。”韓宗捷說，“我們短時間內(nèi)繪制了20余套圖紙，進行了3D打印進行匹配，最終第一臺手持火炬工程樣機順利誕生。”

打造火炬“三巨頭” 80后90后是主力

2021年“十一”期間，北京某試驗場，一群技術(shù)人員正在緊張地進行綜合演練。

劉悅告訴記者，在過去一年多的時間里，項目團隊不知加過多少次班，熬過多少次夜，但這次的熬夜對于他們意義不同，他們要第一次目睹“雪花”在空中綻放了——

創(chuàng)意團隊選擇富有文化氣息的小雪花和橄欖枝造型。“雪花”的中心，手持火炬插入后作為主火炬進行燃燒，冰與火的碰撞中，將藝術(shù)照進現(xiàn)實。

這天凌晨3點，“火花”與“雪花”緩緩升起，項目團隊的淚水決堤而下。

“團隊里大部分都是80后，家里大都還有孩子，但必須克服一切困難，全力以赴投入項目研制中，他們都很不容易。”劉悅說。

“步步驚心”，這是團隊這一年多來的心路歷程。

“這次冬奧火炬的創(chuàng)意，是對傳統(tǒng)奧運主火炬方案的顛覆。主火炬工作時間從1.5小時延長到最后的8小時，顯示方案也在不停地進行調(diào)整，供氫方案也進行了多次的選擇和安全論證，火炬展示程序及動作在過程中不斷增加。這些都是對我們技術(shù)實力和應變能力的考驗。”劉悅說。

他以火炬控氫閥為例，這是安裝在氣瓶口的組合閥門，其作用主要是將氣瓶內(nèi)的高壓氫氣減壓穩(wěn)壓到常規(guī)出口壓力。為了契合冬奧會手持火炬曲面外殼設計，在內(nèi)部空間十分有限的情況下，項目團隊對控氫閥做了大膽的創(chuàng)新。

“我們采用了微型的輕量化技術(shù)，對其進行了‘瘦身’，以便騰出空間給氫氣瓶，確保火焰的大流量，同時實現(xiàn)了該輕的地方輕，該重的地方重，該承受力的地方結(jié)實。”丁英仁說。

藝術(shù)“實現(xiàn)”與技術(shù)“現(xiàn)實”在不斷地進行磨合。

他告訴記者，在壓力提升20%的情況下，閥門長度從最初的162毫米降至110毫米，重量減輕至290克，重量僅相當于一袋牛奶。

在這支不斷攻堅克難的團隊里，80后、90后是主力，王星凱就是其中一員，他主要負責設計和現(xiàn)場施工管理工作。

火炬是開幕式的核心機密，相關工作大多安排在彩排結(jié)束后的深夜進行，入冬后，北京夜間的溫度有時會逼近零下10℃。

“整個后半宿，我們基本是一站到底。”王星凱說。每當天光微亮，即使是年輕人，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。

“主火炬決定著開閉幕式的成敗。”航天六院北京11所黨委書記李曉峰坦言，火炬保障團隊最大的壓力就來自于必須保證整套系統(tǒng)的高可靠性，不容有失。

他說，數(shù)十年的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)歷與眾多項目的實踐磨礪，讓團隊在主火炬的研制過程中能夠不畏困難，迅速制定解決方案，并進行有效驗證測試，將導演團隊的創(chuàng)意一步步變?yōu)楝F(xiàn)實。

與此同時，三處場外火炬完美亮相。北京奧運會共設有三處場外火炬，分別位于延慶城區(qū)、張家口太子城冰雪小鎮(zhèn)、北京奧林匹克森林公園中心區(qū)。三處場外主火炬與主會場火炬一同點燃，這是對儲氫、運氫、燃燒等多重技術(shù)的考驗。

“我們有信心，三胞胎場外火炬也將有完美的表現(xiàn)。”場外火炬負責人張范說。他相信，“雪花”綻放的這一歷史性畫面，將定格在許多人的記憶深處。

中青報·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來源：中國青年報

來源：中國青年報

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