冬奧火炬“飛揚”的研發量產之路

□ 本刊記者 胡擁軍 通訊員 李 娟

1月28日，中國石化冬奧火炬傳遞服務保障團隊在為火炬安裝儲氫罐。胡慶明 攝

2022年1月27日，由中國石化牽頭中國航天科技等企業組織量產的1200支冬奧火炬“飛揚”，順利交付北京冬奧組委。歷時1年半的火炬攻堅戰，取得了決定性勝利。

火炬以祥云紋樣打底，自下而上從祥云紋樣逐漸過渡到剪紙風格的雪花圖案，旋轉上升，如絲帶飄舞，最后在頂端化身為飛揚的火焰。“飛揚”不僅外形極具動感和活力，外殼與內核也極具科技含量。外殼可耐800攝氏度氫氣火焰燒灼，可抗極寒天氣冰凍，能經受冰與火的考驗；內核狹小空間里裝載一套儲氫罐及燃燒器，保證火焰飽滿耀眼，可抵御10級大風和暴雨。

回眸研發之路，從2020年6月接受火炬制造任務，9月拿到火炬樣品，到2021年2月火炬正式揭秘，再到12月底完成量產，一年半來，廣大科技工作者歷經艱辛，攻克了一個個科技難題，終于鑄就了輕、固、美的“飛揚”火炬。它的背后，浸潤著石化人、航天人等不斷創新、追求卓越的精神，讓每一支火炬，透射出科技之光。

主動請纓，展示石化責任擔當

舉辦好2022年第24屆冬奧會，是國之大者。習近平總書記強調，要突出“簡約、安全、精彩”的辦賽要求，為世界奉獻一屆精彩、非凡、卓越的冬奧盛會。北京冬奧會是我國重要歷史節點的重大標志性活動，火炬作為會徽和吉祥物以外最重要的冬奧會要素，其設計和制造被北京冬奧組委列為科技冬奧體現的重點。

2020年4月，北京冬奧組委面向全社會公開征集火炬外觀設計方案。他們第一時間想到了中國石化的碳纖維技術。2018年，上海石化迎來了一個特殊的訪問團，其中包括一些體育界人士。上海石化副總經理、碳纖維專家黃翔宇在介紹中國石化碳纖維技術時驕傲地說：“碳纖維的質量只有鋼的1/4左右，但是強度是鋼的7至9倍。我們的碳纖維不僅能做奧運會火炬，而且更輕、更堅固。”就是這么一句不經意的話，開啟了中國石化和冬奧火炬的緣分。

面對火炬制造時間緊、要求高的重任，在“行，還是不行”的問詢之間，中國石化擲地有聲：“不僅行，而且一定要干好！”這既是憑借多年來深耕碳纖維領域掌握的先進技術的底氣，更彰顯中國石化講政治、顧大局、負責任的企業形象。

制造冬奧火炬碳纖維外殼研制的光榮使命落在了上海石化的肩上，他們發揮碳纖維生產基地的產業優勢，利用研發制造碳纖維復合材料火炬外殼的契機，加快推進碳纖維及其復合材料核心技術攻關。

碳纖維是一種力學性能優異的新材料，被譽為“黑黃金”、21世紀新材料之王，有著廣闊的應用和發展前景。上海石化從2008年開始就開展碳纖維技術攻關，承擔完成多項國家“863”“973”計劃和中國石化重大課題，形成從原絲、預氧化、碳纖維到復合材料產業鏈的創新能力，擁有自主知識產權成套技術，已申請碳纖維相關專利274項、授權165項，居國內第一、全球第三。當前，上海石化正全力推進1.2萬噸/年48K大絲束碳纖維、百噸級高性能碳纖維等項目建設，加快打造碳纖維及復合材料產業集群優勢。

牽頭組隊，協同創新攻關火炬

2020年6月，上海石化接到任務，立即成立了由黨委書記、董事長吳海君為總負責人，副總經理黃翔宇為技術負責人的攻關團隊，牽頭在滬高校、央企科研院所、小微企業等相關合作團隊開展火炬外殼用碳纖維的研發。

當時火炬設計方案還沒出來，攻關團隊參照2008年北京奧運會的火炬樣式，提前演練，一邊制造，一邊琢磨，先做了幾支火炬進行試驗。

盡管抱著雄心壯志，但9月底正式拿到火炬樣品時，合作團隊都不由心頭一緊。一方面，“飛揚”形狀飄逸，如何使碳纖維的火炬外殼既要接受形狀不規則的挑戰，又能經受耐火抗高溫的考驗？另一方面，“飛揚”內外飄結構精巧，又如何讓儲氫罐、燃燒器在小小的螺螄殼里做好道場，確保氫氣燃燒系統呈現出飽滿耀眼的火焰狀態？

面對挑戰，科研團隊擺開了戰場。由于火炬外殼的不規則性，成為火炬制造中的第一大難點。團隊決定，由東華大學采用三維立體編織，這是一項高科技。每束碳纖維，由1.2萬根碳纖維絲組成。三維編制，就是從三個維度，直接將碳纖維編織成火炬形狀，再用特殊樹脂成型。經過三維立體編織，最終織成的火炬外殼看不出任何接縫與孔隙，整個造型渾然一體，不僅極大地增加了火炬強度，耐沖擊、抗摔打，而且外形更具立體感。

觀眾在觀賞由中國石化自主研發生產的冬奧火炬。胡慶明 攝

讓火炬能夠經受800攝氏度高溫炙烤，是火炬制造中的第二大難點。碳纖維材料本身比較柔軟，只有與樹脂材料復合后，才能堅如鋼鐵。碳纖維耐火，但絕大多數的樹脂材料溫度達到500攝氏度就會化為灰燼。就在一籌莫展之際，上海金山區一家小微企業說，他們研發了一種樹脂，能耐火。這種聚硅氮烷樹脂兼具有機物附著力強和無機物耐高溫的特點，并且集耐腐蝕、耐磨損和防污防水、超薄膜等優點于一身。但是，在多次燃燒試驗中，發現火炬有起泡、開裂等現象，經過不斷優化工藝，才最終解決難題。

如何安置火炬的燃燒系統，則是火炬制造的第三大難點。火炬由外飄帶和內飄帶組成，外形好看，但內部空間狹小。要把一個儲氫罐和一整套燃燒器安置在火炬里面，儲氫罐就必須做得越小越好，但又必須保證火炬長時間燃燒。這是一對繞不開的矛盾。航天科技團隊經過無數次反復試驗，終于找到了解決方案。他們將儲氫罐做小，并加大儲存壓力，以增加氫氣容量。同時，配套微型減壓閥，在使用時打開減壓閥，將上百公斤壓力降到一公斤。

3個月的技術攻關，形成了從碳纖維生產、復合材料制備到產品終端應用的一站式解決方案，解決了碳纖維復合材料耐高溫、耐燃燒，以及采用氫氣為燃料這兩大難題，并形成了兩大科技創新亮點。一是以碳纖維復合材料制作火炬外殼，成為世界首創。其間，破解了碳纖維復合材料火炬外殼在1000攝氏度高溫制備過程中起泡、開裂等難題，實現了在燃燒溫度大于800攝氏度的氫氣燃燒環境下正常使用，重量較鋁合金外殼輕20%以上，呈現出了輕、固、美的特點，并且手感十分舒適，沒有傳統金屬材料的冰涼感。二是火炬采用氫氣為燃料，實現零碳排放。同時，解決了火焰顏色與穩定性、高壓儲氫、減壓供氫裝置、氫能安全利用等多項技術難題。

2021年2月4日，在北京2022冬奧會倒計時一周年活動上，“飛揚”火炬一揭開神秘面紗，就贏得世界驚嘆。

再扛重任，不辱使命圓滿完成

原本以為完成了火炬研發攻關任務后，團隊可以松一口氣了。2021年3月，北京冬奧組委文化活動部提出要讓中國石化承接手持火炬量產項目。按照北京冬奧組委火炬量產項目整體工作部署，上海石化再次肩負起產業鏈鏈長的責任，整合火炬生產的中下游產業鏈。

為加強冬奧火炬生產項目的組織領導，上海石化成立項目領導小組，有效推進工作對接和過程管控。經過考察和樣品測試驗證，最終確定了冬奧火炬各部件加工企業。一個集火炬外殼—內飄帶—燃燒系統—火種燈—終端檢測—交付產品于一體的總流程，在上海、北京、江蘇、廣東、河北等地的五大基地迅速建立并快速運轉起來。

火炬量產，并不是從流水線上出來，而是每一支火炬都要經過三維編織、材料復合、打磨、上色、裝配等一道道工序，有的工序只能靠手工完成。手工作業，就會有技術指標上的正負偏差。此外，每一支火炬的零件，分布在不同地方、不同團隊。如何保證從各個地方匯攏過來的火炬部件在裝配中嚴絲合縫，保證每一支火炬都一模一樣？

面對一只只攔路虎，他們加強統一領導、協調指揮和各方聯動。團隊把火炬設計師請到現場，在充分體現設計靈感的同時，從火炬內外飄帶各部件的外形、棱角、顏色、裝配，到氫氣瓶樣件、控氫閥、燃燒效果，再到火種燈外觀、內部結構、操作便捷性等，進行深化設計、優化工藝，以確保整個制造工藝不留死角，精準到位。

2021年9月中旬，用于冬奧會火種采集的丙烷火炬量產樣品順利通過了北京冬奧組委組織的兩次現場檢測和第三方驗證驗收，總體達到要求。9月22日，上海石化向冬奧組委正式交付115支丙烷火炬及火種燈、引火棒等部分周邊產品，順利完成冬奧組委交付的首批量產任務；26日啟運希臘雅典，用于10月18～20日的火種采集、交接和運回等工作。上海石化派出兩名核心骨干，為希臘雅典火種采集和北京火種歡迎儀式保駕護航。在希臘雅典火種采集、交接期間，“飛揚”所經之處，引來萬眾矚目。

從2021年9月至12月底，各團隊聚焦火炬量產任務，集中資源和力量，細化量產計劃進度，嚴格現場督造和質量管控，終于按時保質保量完成了1200支冬奧火炬量產的政治任務。

2022年1月17日，1200支火炬從上海石化啟程運往北京。1月27日，在冬奧火炬交付儀式上，1200支火炬正式交付北京冬奧組委。