田源

2022年北京冬奥会和冬残奥会圣火“飞扬”除外观之外所有系统的设计和制造都是由航天科技集团公司第六研究院完成的，作为“液体动力国家队”一员，他们用心血将梦想变为现实，将航天精神传承发扬。他们虽然不是冬奥会参赛选手，但是作为冬奥会手持火炬项目研发团队的成员，他们是当之无愧的科技担当，为北京冬奥会描摹上一抹亮丽的航天蓝。

敢为人之不敢为，挺进科研“無人区”

氢气绿色、环保、无污染，但易燃、易爆、易泄漏，就像一匹“小野马”总是让人敬而远之，历届冬奥会还没有成功使用氢气作为火炬燃料的先例。2019年8月，在前期与冬奥相关合作商对接交流时，101所刘朝阳副所长大胆提出用氢作为火炬燃料的设想，可以体现冬奥“绿色”“科技”的概念。作为目前我国产能最大的液氢生产单位，也是目前国内涉氢研究试验基础条件最为完善的单位，101所从20世纪60年代起从事液氢生产和应用技术研究，并将液氢规模应用于我国火箭发动机研制过程中，为长征三号甲、长征五号、长征五号B、长征7号甲系列运载火箭奔赴太空，探索浩瀚宇宙，提供了可靠动力试验保证。几十年的科研成果和工程应用，使101所拥有液氢、用氢安全等领域独有的优势，氢火炬若研制成功，将首次实现冬奥会历史上火炬的零碳排放。

我国氢能发展毕竟还处在初期阶段，如何打消氢安全应用的顾虑，是急需解决的一大难题。2019年12月，姜联东副总工程师率先到北京冬奥组委进行氢燃料火炬创新设想与可行性陈述，所党委及时决策由经营处牵头组织氢能安全应用专项团队，开展奥会手持火炬以氢作为燃料的可行性论证工作，经与冬奥组委数十次的有效沟通，可行性方案得到高度认可，并牵头组织开展《冬奥手持火炬原理样机研制》在北京市科委的立项工作。

集团和六院各级领导高度重视，多次现场调研指导，要求以航天品质打造冬奥首支氢燃料火炬。为克服项目研制周期短、技术难点高、经费批复周期长等困难，确保以航天标准，高质、高量、高效完成冬奥火炬的研制及应用，101所王成刚所长高度重视，果断决定自筹经费，率先开展冬奥会手持火炬项目的研制工作。经所党委决策借鉴航天型号管理模式，第一时间成立了以王成刚所长为组长的领导小组，刘朝阳副所长为总指挥，姜联东副总工程师为项目总师的两总系统。

研制团队接到任务后，丝毫不敢怠慢，收集了近一个世纪的历届冬奥会火炬的相关情况，借鉴各国的成功经验，经过比较分析，确定了氢燃料火炬原理样机的技术方案。2020年7月9日，火炬原理样机首次组合为一体，试火成功，标志着以航天科技集团公司第六研究院101所和11所（京）联合开展的冬奥会手持氢燃料火炬工程化研制的正式开始，也意味着冬奥会圣火将拥有一颗绿色能源“心脏”，这颗“心脏”包括氢燃料储存装置、燃烧装置、减压装置三部分，其中101所主要负责最能体现火炬特色的氢燃料储存核心装置的研制，并且为了这颗“心脏”正常搏动且万无一失，101所创新提出对氢燃料火炬与特性测试方法进行试验研究，以验证火炬的可靠性等特性，并设计搭建手持火炬综合试验系统模拟风、雨、雪、低气温、高海拔、高湿度等气候条件及运动模拟装置，以全覆盖模拟火炬传递过程中的各种极端运动状态。原理样机研制成功，项目研制团队每一个人脸上都露出了久违的笑容，大家心底的那团圣火烧得更旺了。

花开又遭风雨，从来好事多磨难

氢燃料火炬原理样机研制成功后，在随后的几次测试中，无论是火焰的形状，还是气瓶的可靠性、安全性都得到了初步的验证。2020年8月17日晚10点，看着火炬原理样机在台钳上又一次成功点火，姜联东毫不犹豫地把火炬握在了手里，这一刻，参与项目研制的所有成员都无比激动，信心剧增。大家马不停蹄地开始启动立项工作，白天忙着做测试，晚上写报告，进行汇总讨论，就在每一个环节都有序向前推进时，冬奥会火炬外形设计最终定稿，火炬的内外飘带，如丝带飘舞，旋转上升，最后呈现为飞扬的火焰。而这样饱含着美好寓意的火炬造型，却给火炬燃烧系统带来了前所未有的难题。火炬内外飘带的造型，使得储氢气瓶不可能像外形一样上粗下细，若减少储氢气瓶尺寸必然不能满足氢气的燃烧用量。想着之前的努力都要白费了，项目研制成员有人深深地叹了一口气，愣愣地看着圣火“飞扬”的造型出了神。

“我们可以做一节大的储氢气瓶再连接一个小的。”

“不行不行，连接结构也占空间，根本没节约出多少尺寸。”

会上，研制团队成员你一言我一语，激烈地讨论了起来，刚刚阴沉的气氛很快就被一扫而空，每个人都出谋划策。经讨论，大家很快达成一致意见，决定缩小储氢气瓶的尺寸，提高设计压力，而这也意味着有无数个未知和难关等待研制团队去发现和攻破。

储氢气瓶设计从一开始的35MPa、560mL到42MPa、350mL，仅仅两个数据的更改，就让研制团队付出了巨大的心血。大家常常因为1mm的技术方案更改，连续加班到凌晨两三点，要核算充气量，既要满足火炬的燃料时间，又要保证储氢气瓶安全可靠。“光是协调所里与11所（京）和外形设计团队召开技术方案对接会就不下20次。”经营处项目主管于茂杰说道。储氢气瓶压力提高强度怎么保证？为了满足要求，保证使用安全性，姜联东和项目实施组组长李山峰多次去厂家调研协调，研制团队通过大量计算，最后确定缠绕层结构，设计选用高强度铝内胆T800型碳纤维缠绕气瓶。

在突破高压储氢这一关键技术难题后，研制项目团队没等歇口气，新的问题又摆在了他们的面前。冬奥圣火“飞扬”要批量生产，气瓶就必须有一致性，后续要有检测方法和检测方案，对于最后气瓶批产没有标准可依是不行的。为了起草企业标准，姜联东带着研制团队多方拜访行业专家，多次向浙江大学郑津洋院士请教，李山峰更是把标委会跑了个便，请专家出谋划策。这中间，为了模拟一般火焰温度，考核气瓶的耐火烧性能，团队科研人员周博文、杨晓阳等一点点摸索，反反复复比对方案，直至选定燃烧温度和恒定值一致的合适材料。为了找到极限值，气瓶一遍遍地试，一遍遍地爆，因为冲击大，每次火烧试验的架子都烧得变形。除了火烧试验，气瓶还要经受水压、气压、气密、跌落等十余种测试考验，前前后后历经1年多的时间，批产一致性等检验条款才被一项项写进标准，2021年9月18日，标准备案评审通过的这一天，大家悬着的心才终于放下。

千锤百炼铸圣火，责任扛肩“火焰蓝”

为了确保项目进度和手持火炬的可靠性，在初步设计完成后，研制团队对手持火炬开展了综合性能试验研究，全覆盖、全方位对手持火炬试验进行科学设计，搭建综合试验台，舱内可以模拟高海拔、高湿度状态，外部可以模拟大风、大雨、大雪等气候条件，同时为了手持火炬在各种运动状态下保证稳定燃烧，有良好的可拍摄性能，研制团队还进行了旋转、倒置、摇摆等多种运动状态的模拟。由于研制周期紧、要给批产让出时间，每一次试验，研制团队都要倒排计划，每一天，大家都是分秒必争，仅在2021年6月至7月这短短两个月的时间里，研制团队就完成手持火炬可靠性试验300余次，完成充放气、耐压等各类性能测试千余次。每每试验完，走出试验间，只有道路两侧的路灯和头顶上方的明月依旧陪伴。

“当初搭建试验台时，因为疫情，设备供货不畅，周期很紧张，所以只要设备一到，我们就加紧安装，有一回正好赶上北京极寒天气，在将近零下20℃的冷风里，大家在室外丈量尺寸，晚上又连忙调试设备。那段时间还要经常在30m/s的风速下进行测试，可没有一个人有怨言。到现在，大家也都是克服困难，所有研制人员都是做好了吃苦的准备的。”手持火炬综合试验系统负责人王淮英说这话时还在准备着手持火炬批产检测试验。

在冬奥手持火炬关键技术研制验收会上，研制团队向奥组委及科技部领导展示了手持火炬的静态燃烧及动态燃烧，以及在极端状态下的燃烧状态。氢燃料手持火炬在10级强风、零下40℃低温、暴雨和5000米高海拔等环境下的燃烧状态都十分稳定，领导和专家们都报以了热烈的掌声。101所也成为唯一一家冬奥组委指定的2022年北京冬奥会和冬残奥会氢燃料火炬产品鉴定与综合试验基地。

一路走来，一路风雨，坚韧和执着凝结着航天人的责任和使命，拼搏和创新让这支团队越战越勇。从高压储氢的设计、加工、制造，再到检验和标准全产业链全部打通，实现了氢气作为冬奥火炬燃料的世界首创，成为国家氢能应用推广的一张闪亮名片。当“飞扬”火炬传递着奥运圣火的那一刻，每一名为之奋斗的航天人心中都点燃着一支火炬，那就是奥林匹克精神和航天精神相融之火。

（作者单位：中国航天科技集团六院）8C60BF70-EA75-4867-BD76-67969822BDA5