2022年2月4日晚的鳥(niǎo)巢燈光璀璨，北京2022年冬奧會(huì)開(kāi)幕式上的奧運(yùn)圣火將如何點(diǎn)燃，全世界都在好奇。

開(kāi)幕式上，冬奧會(huì)旗隨著6名旗手進(jìn)入鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)，在距離地面45米的空中，主火炬執(zhí)行機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，6根管線緩緩下垂。地面中心臺(tái)的蓋子滑開(kāi)，露出一片藏在地下的“雪花”。

“雪花”主火炬

王亞飛負(fù)責(zé)操作指揮主火炬，他和他的團(tuán)隊(duì)來(lái)自中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司六院北京11所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“六院北京11所”）——一家研制火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的專(zhuān)業(yè)研究所。在冬奧開(kāi)幕之夜，這群研制火炬的航天人，仿佛置身火箭“零窗口”發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)。

黑暗中，技術(shù)人員把從天上垂下的6根管線快速接插到“雪花”上。最先接通的兩條線是電纜和網(wǎng)線，“雪花”的電路供應(yīng)從地下切換到天上，主火炬有了“神經(jīng)”。隨后是兩根氫氣管插接成功，氫燃料供應(yīng)正常，主火炬有了“大動(dòng)脈”。最后，兩根威亞鋼索將把這片“雪花”拉起，主火炬凌空起舞。

直播鏡頭里，一片雪花飄到鳥(niǎo)巢體育館中心，地面上的大“雪花”從平面翻轉(zhuǎn)54度，正式登臺(tái)亮相。

“雪花”主火炬驚艷亮相

隨后，火炬手趙嘉文和迪尼格爾·依拉木江登上臺(tái)階，把手中的“飛揚(yáng)”火炬插入這片“雪花”的中心，使空中的氫氣供給系統(tǒng)與“雪花”主火炬連通，儲(chǔ)氫罐中的氫氣順著柔性軟管游走下行，途經(jīng)“雪花”內(nèi)置的氣體管道進(jìn)入“飛揚(yáng)”火炬。

兩位火炬手點(diǎn)燃“雪花”主火炬

研制團(tuán)隊(duì)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”的完美融合。

與以往熊熊燃燒的火炬相比，這次“點(diǎn)燃主火炬”沒(méi)有引燃過(guò)程，這種點(diǎn)火方式是百余年奧運(yùn)歷史上的首創(chuàng)，讓主火炬比以往節(jié)省了99.9%的能量，體現(xiàn)了低碳環(huán)保的理念。

苛刻的“藝術(shù)追求”

歷數(shù)往屆奧運(yùn)會(huì)，主火炬燃料均以烷烴為主。氫能是世界公認(rèn)的清潔能源，燃燒產(chǎn)物只有水，被視為未來(lái)能源革命的顛覆性技術(shù)方向。在國(guó)家碳中和、碳達(dá)峰的戰(zhàn)略規(guī)劃下，氫能是“綠色冬奧”“科技奧運(yùn)”的理想選擇，也符合辦一屆“簡(jiǎn)約、安全、精彩”冬奧會(huì)的初衷。

而利用氫能，是航天的強(qiáng)項(xiàng)。目前，我國(guó)最大火箭“長(zhǎng)征五號(hào)”芯一級(jí)、芯二級(jí)的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)就是由六院北京11所研制的，發(fā)動(dòng)機(jī)使用的液氫推進(jìn)劑溫度達(dá)到零下253攝氏度。

如此看來(lái)，六院北京11所完全可以勝任冬奧項(xiàng)目，加上主火炬研制團(tuán)隊(duì)核心骨干有工業(yè)火炬的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，底氣比較足。

然而，“實(shí)際和預(yù)想的根本不是一回事。”團(tuán)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人劉悅談起火炬的研制歷程。最初大家參考了往屆奧運(yùn)會(huì)主火炬的設(shè)計(jì)，認(rèn)為主火炬尺寸要大、火焰要高，但導(dǎo)演組的想法總在變，開(kāi)幕式總導(dǎo)演張藝謀最終的創(chuàng)意讓他們吃了一驚。

主火炬是一朵含著奧運(yùn)圣火的雪花，由雪花和手持火炬兩部分組成，雪花呼應(yīng)冰雪運(yùn)動(dòng)和奧林匹克精神，雪花上安裝顯示屏配合現(xiàn)場(chǎng)聲光電演出，手持火炬在雪花中心長(zhǎng)明不熄，氫燃料流量約為1.2立方米/小時(shí)。

“你的火需要一點(diǎn)火焰感”

在張藝謀心中，能否有一屆完美的冬奧會(huì)開(kāi)幕式，就得看主火炬的表現(xiàn)。

“你的火需要一點(diǎn)火焰感。”看完主火炬初次試驗(yàn)，曾是2008年北京奧運(yùn)會(huì)焰火表演導(dǎo)演的蔡國(guó)強(qiáng)作出評(píng)價(jià)，他是張藝謀的老搭檔。

負(fù)責(zé)主火炬燃燒系統(tǒng)的韓宗捷被這句話困擾著，張藝謀對(duì)主火炬也提出了相同的要求——“好看”。正常情況下，氫氣燃燒呈淡藍(lán)色，在日光下只能看到熱浪，要利用“焰色反應(yīng)”給火焰著色，視覺(jué)上才有辨識(shí)度。

研制團(tuán)隊(duì)在火炬出口處安裝了格柵，并在表面噴涂堿金屬，當(dāng)溫度提高到650℃以上時(shí)，實(shí)現(xiàn)焰色可視性。這種基于焰色反應(yīng)原理的氫氣火焰顏色控制方法是研發(fā)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新打造，通過(guò)配方和涂裝方法可以實(shí)現(xiàn)不同顏色的火焰。

火焰顏色控制試驗(yàn)

火焰先染色，再塑形。燃燒管在火炬頂部彎成一道“山”狀弧線，沿著弧線設(shè)計(jì)有不同間距及孔徑的噴孔，氫氣從孔中溢出然后被點(diǎn)燃，結(jié)合手持火炬外殼的曲面導(dǎo)流形成特定的火焰造型。

“飛揚(yáng)”火炬外觀

最后一棒“飛揚(yáng)”火炬與其他手持火炬大不相同。它有兩套燃燒系統(tǒng)：一套系統(tǒng)是手持火炬的氫燃燒系統(tǒng)，由內(nèi)部氫氣瓶供氣，負(fù)責(zé)完成火炬?zhèn)鬟f動(dòng)作；另一套系統(tǒng)與鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)上方的執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，用于開(kāi)幕式主火炬表演。

最后一棒“飛揚(yáng)”火炬

燃燒系統(tǒng)是火炬的核心技術(shù)，按照先突破局部關(guān)鍵技術(shù)，再推進(jìn)分系統(tǒng)研發(fā)的思路，研制團(tuán)隊(duì)將燃燒系統(tǒng)分為燃燒裝置和燃料供應(yīng)系統(tǒng)兩大部分：燃燒裝置負(fù)責(zé)形成穩(wěn)定的火焰，燃料供應(yīng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)儲(chǔ)存并供應(yīng)氫氣。

燃料供應(yīng)系統(tǒng)是另一個(gè)難點(diǎn)。主火炬的氫燃料存放在35兆帕儲(chǔ)氫罐中，氫氣從儲(chǔ)氫罐中流出，經(jīng)減壓閥由高壓轉(zhuǎn)為接近常壓，可供主火炬至少燃燒8小時(shí)。主火炬儲(chǔ)氫罐的壓力是大氣壓的350倍，相同難度的減壓技術(shù)在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上都十分少見(jiàn)。

開(kāi)幕式上，主火炬從地面升到空中，需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合動(dòng)作。因此，研制團(tuán)隊(duì)選擇從“天上”供氣，把儲(chǔ)氫罐固定在執(zhí)行機(jī)構(gòu)里，通過(guò)威亞系統(tǒng)懸掛在鳥(niǎo)巢場(chǎng)地45米高的暗處。

在距鳥(niǎo)巢50公里的航天器回收著陸地面綜合試驗(yàn)場(chǎng)，這里的塔架曾吊起嫦娥探測(cè)器，也曾參與過(guò)載人航天工程關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，如今又成為北京冬奧會(huì)主火炬的“誕生地”。

航天科技集團(tuán)五院508所的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在這里模擬主火炬的試驗(yàn)環(huán)境，利用航天器回收著陸試驗(yàn)場(chǎng)構(gòu)建模擬主火炬的試驗(yàn)環(huán)境，運(yùn)用成熟的航天器試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)，一次次迭代細(xì)化主火炬方案，為北京冬奧會(huì)保障工作提供助力。

第一次開(kāi)幕式彩排結(jié)束后，張藝謀對(duì)主火炬團(tuán)隊(duì)說(shuō)：“一次就把事情做成了。”

場(chǎng)外火炬臺(tái)下暗藏乾坤

除了開(kāi)幕式上的體育場(chǎng)內(nèi)主火炬，鳥(niǎo)巢外的奧體廣場(chǎng)、北京市延慶區(qū)和河北省張家口市分別裝置了3個(gè)場(chǎng)外火炬臺(tái)，在2022年2月4日晚共同揭幕。

在延慶，北京八達(dá)嶺國(guó)際會(huì)展中心廣場(chǎng)上建起了十幾米高藍(lán)色的圍擋，圍擋里豎起了一座10.6米高的“雪花”，96朵小雪花組成圓環(huán)，眾星捧月般環(huán)繞著中心的“飛揚(yáng)”火炬，6個(gè)橄欖枝沿圓環(huán)伸展出去，形成大雪花的6片花瓣，金屬飄帶在空中劃出流暢的弧線，環(huán)抱著“雪花”，地面是直徑22米的橢圓形鏡面。

場(chǎng)外火炬臺(tái)試驗(yàn)點(diǎn)火

火炬臺(tái)可分為三大部分：地面的鏡面雪花臺(tái)，地下的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，百米外的控制室和供氫系統(tǒng)。

在鏡面圓盤(pán)下，地下旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)藏在地坑里，中心電機(jī)帶動(dòng)“雪花”順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。外圈齒輪帶動(dòng)金屬飄帶逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，烘托中心的主火炬。百米外，一根手腕粗的氫氣管從供氫房伸出，連接至地下旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。負(fù)責(zé)場(chǎng)外火炬臺(tái)項(xiàng)目的張范解釋?zhuān)饷娴拇止苁恰氨Ｗo(hù)管”，里面真正的氫氣管只有拇指細(xì)。

火炬出廠前，經(jīng)歷過(guò)50毫米降水量的暴雨測(cè)試、零下40攝氏度的低溫測(cè)試、海拔4000米的高海拔測(cè)試等可靠性實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)還是設(shè)計(jì)了多重保障，確保“萬(wàn)無(wú)一失”。

“雪花”一角

“雪花”是金屬塑形而成，中間鑲嵌了數(shù)百塊異形屏，每道焊縫都要經(jīng)過(guò)8道打磨，最后一道用羊毛氈做鏡面拋光。負(fù)責(zé)雕塑的王工說(shuō)，貴州88米高的仰阿莎雕塑半年完工，10.8米高的冬奧火炬臺(tái)工期也是半年，卻復(fù)雜得多。

一輩子就這一次

“多虧有六院101所的兄弟們幫忙。”韓宗捷說(shuō)，在火炬試驗(yàn)廠房外，航天科技集團(tuán)六院101所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“六院101所”）搭建了冬奧專(zhuān)用加氫臺(tái)，百米外是制氫工廠，氫能供應(yīng)源源不斷。

六院101所是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行航天氫能利用技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)，我國(guó)長(zhǎng)征火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射前都要在這里接受高強(qiáng)度考核。在航天工程牽引下，六院101所已成為我國(guó)產(chǎn)能最大的液氫生產(chǎn)單位。

北京冬夜天寒地凍，韓宗捷從30個(gè)氫氣瓶中隨機(jī)抽取5個(gè)做燃燒驗(yàn)證，篩選冬奧開(kāi)幕式最后一棒火炬的“芯”。

六院北京11所黨委書(shū)記李曉峰覺(jué)得主火炬研制團(tuán)隊(duì)特別不容易，這兩年基本沒(méi)有假期，大家干到現(xiàn)在依靠的是一種責(zé)任、擔(dān)當(dāng)。

“一輩子就這一次。”韓宗捷說(shuō)，這也是主火炬研制團(tuán)隊(duì)共同的信念，這一次一定要做到最好。