冬奧火炬,“冰與火”之歌

邱晨輝

? 凌晨1點(diǎn)，對(duì)講機(jī)中傳來(lái)導(dǎo)演團(tuán)隊(duì)的通知，早早在國(guó)家體育場(chǎng)鳥(niǎo)巢待命的火炬項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)瞬間打起了精神。冬奧火炬技術(shù)負(fù)責(zé)人、中國(guó)航天科技集團(tuán)六院北京十一所事業(yè)部總工程師劉悅期待作品成果得到檢驗(yàn)。

? 這一天，距離北京冬奧會(huì)開(kāi)幕還有一個(gè)月，場(chǎng)館里氣溫達(dá)到零下10℃，研制團(tuán)隊(duì)顧不上寒冷，或盯著火炬每一處細(xì)節(jié)，或奔跑在控制室與外場(chǎng)之間，或與導(dǎo)演團(tuán)隊(duì)溝通預(yù)判銜接過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，所有這些努力都是為了迎接最后的時(shí)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(yùn)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(shí)現(xiàn)完美相融。

? 這一刻，劉悅激動(dòng)不已。為了這一天，他們足足奮斗了兩年。

給火焰“上色”

? 火炬，一直以來(lái)都是歷屆奧運(yùn)會(huì)關(guān)鍵一環(huán)。北京冬奧會(huì)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(chǎng)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(yùn)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年底。研制團(tuán)隊(duì)很興奮，幾乎每個(gè)人都認(rèn)為，只有他們能實(shí)現(xiàn)這個(gè)創(chuàng)意。劉悅所在的航天六院北京十一所，是我國(guó)最早從事液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制的單位，將航天技術(shù)應(yīng)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(lǐng)域的典型應(yīng)用。

? 不過(guò)，劉悅最初還是有一些擔(dān)憂，工業(yè)火炬和奧運(yùn)火炬的差別還是非常大的，如何支持火炬空中移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，并維持一定時(shí)間的穩(wěn)定燃燒？

? 后來(lái)，團(tuán)隊(duì)漸漸找到了方向：技術(shù)人員在懸掛主火炬的威亞上，設(shè)計(jì)了一套姿態(tài)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，配合地面裝置實(shí)現(xiàn)主火炬的翻轉(zhuǎn)、提升動(dòng)作;氫氣儲(chǔ)存和減壓裝置就藏在其中，減壓后的氫氣，通過(guò)軟管源源不斷地輸送至火炬中心，并應(yīng)用航天氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)，保證“不熄火、不回火、不脫火”。

? 劉悅告訴記者，為了讓主火炬在360度旋轉(zhuǎn)時(shí)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(hào)能連續(xù)、穩(wěn)定、可靠地供應(yīng)傳輸。

? 整個(gè)過(guò)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(tuán)隊(duì)要想辦法給火炬的火焰“上色”。

? 航天六院北京十一所燃燒系統(tǒng)工程師韓宗捷說(shuō)，在設(shè)計(jì)時(shí)，研制人員不但要滿足“飛揚(yáng)”復(fù)雜曲面特征的結(jié)構(gòu)要求，還要在出口處作出創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)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，大量?jī)?yōu)秀的工程師被迫居家辦公，燃燒實(shí)驗(yàn)完全無(wú)法開(kāi)展。

? 韓宗捷、李泓達(dá)等團(tuán)隊(duì)成員為了實(shí)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(yīng)”實(shí)驗(yàn)，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(tuán)隊(duì)對(duì)整個(gè)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了300多次可靠性試驗(yàn)，使得火炬通過(guò)了在極寒環(huán)境、十級(jí)狂風(fēng)、雨雪天氣等情況下的測(cè)試，最終讓“飛揚(yáng)”火炬擁有了“鋼筋鐵骨”。

打造火炬“綠心”

? 北京冬奧火炬擁有一顆綠色的“心臟”，這是與以往冬奧會(huì)一個(gè)顯著的不同。

? 劉悅告訴記者，主火炬以綠色環(huán)保的氫能作為燃料，而承擔(dān)了我國(guó)空間站、探月、探火等重大任務(wù)的長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭，使用的便是氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，相關(guān)技術(shù)在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。

? 當(dāng)然，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，如何確?；鸱N不熄滅？如何保證氫在運(yùn)輸和傳遞過(guò)程中不泄漏？怎樣才能有曲線美感？這些都是研制團(tuán)隊(duì)需要解決的問(wèn)題。

2020年8月17日晚10點(diǎn)，航天六院項(xiàng)目總師姜聯(lián)東清晰地記得這個(gè)時(shí)間?？粗鹁嬖順訖C(jī)在臺(tái)鉗上又一次成功點(diǎn)火，他毫不猶豫地把火炬握在了手里。這一刻，參與項(xiàng)目研制的團(tuán)隊(duì)成員都無(wú)比激動(dòng)，信心劇增。

? 一個(gè)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(guò)渡到剪紙風(fēng)格的雪花圖案，旋轉(zhuǎn)上升。

? 在見(jiàn)到最終外觀之前，研制團(tuán)隊(duì)以2008年北京奧運(yùn)會(huì)火炬外殼尺寸及造型作為參考進(jìn)行設(shè)計(jì)。此時(shí)，燃燒系統(tǒng)研制已經(jīng)進(jìn)入尾聲，外殼與內(nèi)芯要進(jìn)行匹配。而創(chuàng)意團(tuán)隊(duì)公開(kāi)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(yáng)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(lái)了前所未有的難題?！苯?lián)東說(shuō)，火炬內(nèi)外飄帶的造型，使得儲(chǔ)氫氣瓶不可能像外形一樣上粗下細(xì)，若減少儲(chǔ)氫氣瓶尺寸，必然不能滿足氫氣的燃燒用量。

? 經(jīng)討論，大家達(dá)成一致意見(jiàn)，決定縮小儲(chǔ)氫氣瓶的尺寸，提高設(shè)計(jì)壓力。

? 想要把燃燒系統(tǒng)裝進(jìn)火炬的內(nèi)部空間，除了要精簡(jiǎn)閥門(mén)外形、優(yōu)化內(nèi)部空間外，非常重要的一點(diǎn)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(duì)于技術(shù)團(tuán)隊(duì)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。它考驗(yàn)的是閥門(mén)的密封技術(shù)、降壓技術(shù)、火焰穩(wěn)定技術(shù)、可靠性等。

“我們的減壓閥同時(shí)要起到減壓、充氣、開(kāi)關(guān)及密封四重作用，所以非常關(guān)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。” 航天六院北京十一所特種閥事業(yè)部常務(wù)副總經(jīng)理丁英仁說(shuō)，他們還要考慮高壓情況下，如何在關(guān)上火炬時(shí)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(tuán)隊(duì)成員常常因?yàn)?毫米的技術(shù)方案更改，連續(xù)加班到夜里兩三點(diǎn)，要核算充氣量，既要滿足火炬的燃料時(shí)間，又要保證儲(chǔ)氫氣瓶安全可靠。

“這也是我們團(tuán)隊(duì)研制最緊張的階段?！表n宗捷說(shuō)，“我們短時(shí)間內(nèi)繪制了20余套圖紙，進(jìn)行了3D打印進(jìn)行匹配，最終第一臺(tái)手持火炬工程樣機(jī)順利誕生?！?/p>

打造火炬“三巨頭”

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

? 這天凌晨3點(diǎn)，“火花”與“雪花”緩緩升起，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的淚水決堤而下。

“這次冬奧火炬的創(chuàng)意是對(duì)傳統(tǒng)奧運(yùn)主火炬方案的顛覆。主火炬工作時(shí)間從1.5小時(shí)延長(zhǎng)到最后的8小時(shí)，顯示方案也在不停地進(jìn)行調(diào)整，供氫方案也進(jìn)行了多次的選擇和安全論證，火炬展示程序及動(dòng)作在過(guò)程中不斷增加。這些都是對(duì)我們技術(shù)實(shí)力和應(yīng)變能力的考驗(yàn)?！眲傉f(shuō)。

? 他以火炬控氫閥為例，這是安裝在氣瓶口的組合閥門(mén)，其作用主要是將氣瓶?jī)?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(huì)手持火炬曲面外殼設(shè)計(jì)，在內(nèi)部空間十分有限的情況下，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)控氫閥作了大膽的創(chuàng)新。

“我們采用了微型的輕量化技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行了‘瘦身’，以便騰出空間給氫氣瓶，確?；鹧娴拇罅髁浚瑫r(shí)實(shí)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(shí)?！倍∮⑷收f(shuō)。

? 藝術(shù)“實(shí)現(xiàn)”與技術(shù)“現(xiàn)實(shí)”在不斷地進(jìn)行磨合。他告訴記者，在壓力提升20%的情況下，閥門(mén)長(zhǎng)度從最初的162毫米降至110毫米，重量減輕至290克，重量?jī)H相當(dāng)于一袋牛奶。

? 2月4日立春，腹有火炬的“雪花”面向全球亮相。

? 與此同時(shí)，三處場(chǎng)外火炬完美亮相。北京奧運(yùn)會(huì)共設(shè)有三處場(chǎng)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(chǎng)外主火炬與主會(huì)場(chǎng)火炬一同點(diǎn)燃，這是對(duì)儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、燃燒等多重技術(shù)的考驗(yàn)。

（摘自《中國(guó)青年報(bào)》）