科技創(chuàng)新奏響北京冬奧會主火炬“冰與火”之歌

文／何 亮

冰火相融，當(dāng)空舞動(dòng)。

2月4日晚，當(dāng)最后兩位火炬手擎著“飛揚(yáng)”火炬跑向鳥巢中央，全場寂靜，萬眾矚目。

地臺緩緩出現(xiàn)，火炬被輕輕插入基座。此時(shí)，“飛揚(yáng)”開始蝶變，晶瑩剔透的顯示屏化作“雪花”，托舉著盛開的火焰升空飄舞。

奧運(yùn)史上主火炬的點(diǎn)燃方式各有創(chuàng)新，但北京2022年冬奧會主火炬仍以“意想不到”的方式展現(xiàn)在全世界億萬觀眾面前——微火、屏顯、當(dāng)空舞動(dòng)，在科技加持下，冬奧會主火炬實(shí)現(xiàn)冰與火的完美結(jié)合！

三大創(chuàng)新締造獨(dú)一無二的主火炬

“北京冬奧會主火炬的設(shè)計(jì)研發(fā)，最大的創(chuàng)新之處是微火設(shè)計(jì)、視頻顯示以及由復(fù)雜的姿態(tài)控制系統(tǒng)構(gòu)成鳥巢上空的完整結(jié)構(gòu)，這在百年奧運(yùn)史上是獨(dú)一無二的?！北本┒瑠W會主火炬技術(shù)負(fù)責(zé)人、航天科技集團(tuán)六院11所（京）事業(yè)部總工程師劉悅接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)說。

為何使用微火設(shè)計(jì)？是為了更好展現(xiàn)綠色低碳與可持續(xù)發(fā)展理念。此前的奧運(yùn)火炬都是熊熊大火，能源消耗量巨大，北京冬奧會將綠色能源——?dú)錃庾鳛槿剂希⒒鹪O(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)氫氣消耗量每小時(shí)小于2立方米。

“從技術(shù)角度來說，微火的實(shí)現(xiàn)并不容易?！眲偢嬖V記者，北京冬奧會主火炬須長時(shí)間燃燒，對環(huán)境適應(yīng)性、穩(wěn)燃性以及抗低溫、火焰顯色等方面均提出很高要求。而且，氫氣的供給需要達(dá)到安全、穩(wěn)定，劉悅團(tuán)隊(duì)將氫氣供給系統(tǒng)設(shè)計(jì)為撬裝結(jié)構(gòu)，使儲存、減壓、輸送、控制集成起來。“由于特定的使用場景突破了氫氣使用規(guī)范的現(xiàn)有要求，最終，我們的撬裝結(jié)構(gòu)作為航天專有產(chǎn)品提供給了北京冬奧組委?！眲傉f。

火焰本身太小，如何使之壯觀？創(chuàng)意團(tuán)隊(duì)給出設(shè)計(jì)，采用“微火+視頻顯示”技術(shù)方案。劉悅表示，視頻顯示技術(shù)成熟，但是用在火炬的核心裝置內(nèi)，復(fù)雜的造型就需要大量采用“異形屏”技術(shù)，從設(shè)計(jì)到制造再到保證系統(tǒng)的可靠性都存在諸多挑戰(zhàn)?！拔覀儗⒔Y(jié)構(gòu)高度集成并實(shí)現(xiàn)輕量化，結(jié)構(gòu)變得不顯眼，屏顯做到輕薄，讓大家只關(guān)注到唯美的火炬，感受主火炬晶瑩剔透的效果?！眲傉f。

與以往火炬最大的不同還在于，北京冬奧會主火炬懸掛在鳥巢上空，宛如飄舞在空中的雪花托舉著盛開的火焰，這對系統(tǒng)的高可靠性提出要求——保證各個(gè)環(huán)節(jié)萬無一失！劉悅團(tuán)隊(duì)不光在結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、承載力、空中姿態(tài)方面為主火炬找到最優(yōu)方案，還在供電、信號、燃燒、機(jī)電、播控等方面都進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)，確保主火炬在鳥巢上空美輪美奐地呈現(xiàn)。

精益求精實(shí)現(xiàn)最富創(chuàng)意的點(diǎn)火方式

手持火炬“搖身一變”成為主火炬，這是一個(gè)懸念，更是一個(gè)大膽的設(shè)想——火炬手將火炬插入基座，一個(gè)“插入”的動(dòng)作成為開幕式最富創(chuàng)意的“點(diǎn)火”方式。

動(dòng)作雖然簡單，但實(shí)現(xiàn)的功能卻非常復(fù)雜。手持火炬的燃料很有限，主火炬又要持續(xù)燃燒，插入基座的瞬間，氣路聯(lián)通、電路聯(lián)通、信號控制聯(lián)通……為此，劉悅團(tuán)隊(duì)做了多版插接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從連接的可靠性到環(huán)境適應(yīng)性均進(jìn)行了大量測試。

最后一棒手持火炬即主火炬，在材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有何獨(dú)特之處？劉悅介紹，主火炬殼體材質(zhì)采用耐熱不銹鋼，這種選擇是為了耐受長時(shí)間的燃燒和室外環(huán)境對它的影響，而且主火炬的焰色實(shí)現(xiàn)方法與固化方式也都做了針對性設(shè)計(jì)。

航天產(chǎn)品講求高可靠性、可驗(yàn)證性，因此測試檢驗(yàn)過程必須做到系統(tǒng)性能指標(biāo)和工作流程的全覆蓋性。2021年10月末，經(jīng)歷了近10個(gè)多月的設(shè)計(jì)、研制，在航天綜合測試場，劉悅第一次看到成型的北京冬奧會主火炬亮起來、動(dòng)起來、轉(zhuǎn)起來，他的第一反應(yīng)是，“感覺與創(chuàng)意團(tuán)隊(duì)給的效果圖非常接近了，我一下很有信心”。

2月4日晚，北京冬奧會主火炬成功點(diǎn)燃。見證北京冬奧會主火炬從無到有、驚艷現(xiàn)身的劉悅難掩內(nèi)心的自豪與喜悅。此時(shí)，他和團(tuán)隊(duì)成員不辱使命，成功為北京冬奧會奉獻(xiàn)著航天人的力量；此時(shí)，他和團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)奮斗，為奧運(yùn)圣火熊熊燃燒保駕護(hù)航。