航天科技“点燃”冬奥主火炬

      在火炬的设计研制中，航天技术贡献不小，持续燃烧的奥运主火炬闪烁着“绿色冬奥”、“科技冬奥”的光彩。火炬拥有一颗绿色节能的“心脏”。氢气作为此次手持火炬的燃料，绿色、环保、无污染，但存在易燃易爆、易泄漏、难控制等一系列问题。因此，历届冬奥会还没有成功使用氢气作为火炬燃料的先例，2022年冬奥会是冬奥历史上首支氢燃料火炬。

　　据悉，氢能在航天领域早已大显身手。液氢在我国火箭发动机研制过程中已大规模运用过，例如为长征三号甲、长征五号、长征五号B、长征七号甲系列运载火箭奔赴太空提供了可靠动力保证。

　　但用氢气做火炬燃料并不容易：首先，在北方冬季寒冷的室外环境中，如何确保火焰不熄灭？同航天任务一样，冬奥火炬对可靠性要求也很高。其次，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等等……

      从航天发动机“跨界”到奥运火炬，航天科技集团六院11所（京）和六院101所组成火炬研制团队，历经约两年技术攻关，解决了氢火焰可视性、复杂曲面适应性、大比例减压、氢安全利用、氢燃料储存等多个难题。“在设计和研制过程中，我们收集了近一个世纪的冬奥会火炬相关情况，借鉴各国成功经验。奥运火炬燃料从最初的镁块，逐渐演化成丙烷，再到如今无污染、零碳排放的氢气，体现了北京冬奥会的绿色环保理念和我们国家的科技实力，也有助于后续推动国内氢能技术的推广和发展。”研制团队有关负责人说。

冬奥历史首次实现火炬零碳排放

　　主火炬将以何种方式被点燃，向来是奥运会开幕式的热门看点。本届冬奥会最后一棒的火炬手直接把手持火炬插接在了主火炬台上，没有引燃的过程就实现火焰的无缝连接。与以往熊熊燃烧的火炬相比，大约可节省99.9%的能量，低碳环保的理念尽显其中。

“高颜值”火炬需有足够技术支撑

　　晶莹剔透的主火炬，与以往历届主火炬在视觉效果上也有很大差别。研制团队采用“微火+显屏”的创意形式，利用悬挂在威亚上的执行机构和地面装置的流畅配合，完成主火炬在40米高空的360度旋转，实现了“火”与“舞美”的完美融合。

　　从造型上看，主火炬由小雪花和橄榄枝组成。每一片小雪花、每一个枝头上采用的都是全彩LED直显屏，每一个发光点的颜色、亮度都可以独立控制，4.8毫米的出光点实现了灯光图案细腻多彩的变化。

　　主火炬的“高颜值”需要过硬的技术支撑。既要展现火炬的轻盈，又要实现整体结构的稳定性，研制团队在设计时不得不“斤斤计较”，在材料上选择了铝合金材质，重量只有钢材质的约1/3，实现了轻量化要求。同时，为了达到旋转时高效稳定的燃烧，主火炬采用了航天氢氧发动机的燃烧技术。在航天大国重器的高端技术加持下，主火炬不熄火、不回火、不脱火，相当靠谱。

　　在主火炬上方，有一个长方形的黑色盒子，名叫姿态调节执行机构。它吊挂在威亚小车上，由小车带着它移动到中心位置，放下钢丝绳和电缆与主火炬相连，通过先进的姿态控制技术，配合地面装置完成一系列的动作。

　　在姿态调节执行机构里，还藏着燃料供应系统的氢气滑环、柔性软管和撬装氢气系统。柔性软管，被称为主火炬的“生命之管”，作用是将气瓶中的氢气输送到火炬中心，支撑主火炬的燃烧；滑环，则是实现运动状态下氢气的连续稳定供应；撬装氢气系统是一个集成系统，内含气罐、两路减压系统、电磁阀，主要作用是实现气体的稳定供应。

　　为了确保主火炬燃烧安全可靠，研制团队还充分发挥航天工程研发管理经验，开展了故障模式、影响及危害性分析，通过全流程综合试验测试，解决了柔性环境条件下的运动控制、长周期稳定燃烧、减稳压控制、安全应用等难题，实现了主火炬复杂系统的安全可靠使用。