昨天進(jìn)行的冬奧會(huì)開幕式，很多黑科技上線，其中雪花火炬讓人眼前一亮，可能很多人不了解主火炬有著什么樣的特點(diǎn)，據(jù)稱這次火炬燃料采用零碳排的氫燃料，在環(huán)境保護(hù)上有著非常重要的意義。

星光璀璨，“雪花”綻放。2月4日晚，北京冬奧會(huì)在國(guó)家體育場(chǎng)“鳥巢”盛大開幕。主火炬塔被點(diǎn)燃的一刻，夢(mèng)想在冰與火的碰撞中成為現(xiàn)實(shí)。在主火炬和手持火炬的設(shè)計(jì)研制中，航天技術(shù)貢獻(xiàn)不小，熊熊燃燒的奧運(yùn)主火炬閃爍著“綠色冬奧”“科技冬奧”的火光?；鹁鎿碛幸活w綠色的“心臟”。作為此次手持火炬的燃料，氫氣綠色、環(huán)保、無(wú)污染，但易燃、易爆、易泄漏，控制難度大。此前歷屆冬奧會(huì)還沒(méi)有成功使用氫氣作為火炬燃料的先例，這是冬奧歷史上首支氫燃料火炬。

航天發(fā)動(dòng)機(jī)“跨界”奧運(yùn)火炬

液氫已規(guī)模應(yīng)用于我國(guó)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程中，為長(zhǎng)征三號(hào)甲、長(zhǎng)征五號(hào)、長(zhǎng)征五號(hào)B、長(zhǎng)征7號(hào)甲系列運(yùn)載火箭奔赴太空提供了可靠動(dòng)力保證。

用氫氣做火炬燃料并不容易：在北方冬季嚴(yán)酷的室外環(huán)境中，如何確保火種不熄滅？同航天任務(wù)一樣，冬奧火炬對(duì)可靠性要求也很高，如何保證氫在運(yùn)輸和傳遞過(guò)程中不泄漏？火炬火焰不能像火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一樣噴射而出，怎樣才能有曲線美感……從航天發(fā)動(dòng)機(jī)“跨界”到奧運(yùn)火炬，航天科技集團(tuán)六院11所（京）和六院101所組成火炬研制團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)約兩年技術(shù)攻關(guān)，解決了氫火焰可視性、復(fù)雜曲面適應(yīng)性、大比例減壓、氫安全利用、氫燃料儲(chǔ)存等多個(gè)難題，火炬因此具備良好的環(huán)境適應(yīng)性能。

“在設(shè)計(jì)和研制過(guò)程中，我們收集了近一個(gè)世紀(jì)歷屆冬奧會(huì)火炬的相關(guān)情況，借鑒各國(guó)成功經(jīng)驗(yàn)。奧運(yùn)火炬燃料從最初的鎂塊，逐漸演化成丙烷，再到如今無(wú)污染、零碳排放的氫氣，體現(xiàn)了北京冬奧會(huì)的綠色環(huán)?？萍己臀覀儑?guó)家的科技實(shí)力，也有助于后續(xù)推動(dòng)國(guó)內(nèi)氫能技術(shù)的推廣和發(fā)展?！毖兄茍F(tuán)隊(duì)有關(guān)負(fù)責(zé)人說(shuō)。

冬奧會(huì)首次實(shí)現(xiàn)火炬零碳排

萬(wàn)眾矚目的主火炬將以何種方式被點(diǎn)燃，向來(lái)是奧運(yùn)會(huì)開幕式的熱門看點(diǎn)。這一次，最后一棒的火炬手沒(méi)有去點(diǎn)火，而是直接把手持火炬插接在了主火炬身上，沒(méi)有引燃的過(guò)程就實(shí)現(xiàn)火焰的無(wú)縫連接。將最后一棒手持火炬直接作為奧運(yùn)會(huì)主火炬燃燒器的點(diǎn)火方式在奧運(yùn)會(huì)歷史上尚屬首次，與以往熊熊燃燒的火炬相比，大約可節(jié)省99.9%的能量，低碳環(huán)保的理念盡顯其中。

晶瑩剔透的主火炬，與以往歷屆主火炬在視覺效果上也有很大差別。研制團(tuán)隊(duì)采用“微火+顯屏”的創(chuàng)意形式，利用懸掛在威亞上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了“火”與“舞美”的完美融合。

從造型上看，主火炬由小雪花和橄欖枝組成。每一片小雪花、每一個(gè)枝頭上采用的都是全彩LED 直顯屏，每一個(gè)發(fā)光點(diǎn)的顏色、亮度都可以獨(dú)立控制，4.8mm的出光點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了燈光圖案細(xì)膩多彩的變化。

高科技助力“冰與火”之舞

主火炬的“高顏值”需要過(guò)硬的技術(shù)支撐。既要展現(xiàn)火炬的輕盈，又要實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，研制團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)時(shí)不得不“斤斤計(jì)較”，在材料上選擇了鋁合金材質(zhì)，重量只有鋼材質(zhì)的約1/3，實(shí)現(xiàn)了輕量化要求。同時(shí)，為了達(dá)到8小時(shí)360度旋轉(zhuǎn)時(shí)高效穩(wěn)定的燃燒，主火炬采用了航天氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒技術(shù)。在航天大國(guó)重器的高端技術(shù)加持下，主火炬不熄火、不回火、不脫火，相當(dāng)靠譜。

在主火炬上方，有一個(gè)長(zhǎng)方形的黑色盒子，名叫姿態(tài)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它吊掛在威亞小車上，由小車帶著它移動(dòng)到中心位置，放下鋼絲繩和電纜與主火炬相連，通過(guò)先進(jìn)的姿態(tài)控制技術(shù)，配合地面裝置完成一系列的翻轉(zhuǎn)、提升和旋轉(zhuǎn)。

在姿態(tài)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)里，還藏著燃料供應(yīng)系統(tǒng)的氫氣滑環(huán)、柔性軟管和撬裝氫氣系統(tǒng)。柔性軟管，被稱為主火炬的“生命之管”，作用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(huán)，則是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下氫氣的連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)；撬裝氫氣系統(tǒng)是一個(gè)集成系統(tǒng)，內(nèi)含氣罐、兩路減壓系統(tǒng)、電磁閥，主要作用是實(shí)現(xiàn)氣體的穩(wěn)定供應(yīng)。

為了確保主火炬安全可靠，研制團(tuán)隊(duì)還充分發(fā)揮航天工程研發(fā)管理經(jīng)驗(yàn)，開展了故障模式、影響及危害性分析和故障樹分析，關(guān)鍵環(huán)節(jié)冗余設(shè)計(jì)，通過(guò)全流程綜合試驗(yàn)測(cè)試，解決了柔性環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)控制、長(zhǎng)周期穩(wěn)定燃燒、減穩(wěn)壓控制、安全應(yīng)用等難題，實(shí)現(xiàn)了主火炬復(fù)雜系統(tǒng)的安全可靠使用。

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