冬奧會歷史上首次實現(xiàn)火炬零碳排放

（CWW）2月4日晚，北京冬奧會在國家體育場“鳥巢”盛大開幕。主火炬塔被點燃的一刻，夢想在冰與火的碰撞中成為現(xiàn)實。在主火炬和手持火炬的設計研制中，航天技術貢獻不小，熊熊燃燒的奧運主火炬閃爍著“綠色冬奧”“科技冬奧”的火光。

火炬擁有一顆綠色的“心臟”。作為此次手持火炬的燃料，氫氣綠色、環(huán)保、無污染，但易燃、易爆、易泄漏，控制難度大。此前歷屆冬奧會還沒有成功使用氫氣作為火炬燃料的先例，這是冬奧歷史上首支氫燃料火炬。

不過，氫能在航天領域早已大顯身手。液氫已規(guī)模應用于我國火箭發(fā)動機研制過程中，為長征三號甲、長征五號、長征五號B、長征7號甲系列運載火箭奔赴太空提供了可靠動力保證。

用氫氣做火炬燃料并不容易：在北方冬季嚴酷的室外環(huán)境中，如何確?；鸱N不熄滅？同航天任務一樣，冬奧火炬對可靠性要求也很高，如何保證氫在運輸和傳遞過程中不泄漏？火炬火焰不能像火箭發(fā)動機一樣噴射而出，怎樣才能有曲線美感……從航天發(fā)動機“跨界”到奧運火炬，航天科技集團六院11所（京）和六院101所組成火炬研制團隊，歷經(jīng)約兩年技術攻關，解決了氫火焰可視性、復雜曲面適應性、大比例減壓、氫安全利用、氫燃料儲存等多個難題，火炬因此具備良好的環(huán)境適應性能。

“在設計和研制過程中，我們收集了近一個世紀歷屆冬奧會火炬的相關情況，借鑒各國成功經(jīng)驗。奧運火炬燃料從最初的鎂塊，逐漸演化成丙烷，再到如今無污染、零碳排放的氫氣，體現(xiàn)了北京冬奧會的綠色環(huán)?？萍己臀覀儑业目萍紝嵙Γ灿兄诤罄m(xù)推動國內(nèi)氫能技術的推廣和發(fā)展?！毖兄茍F隊有關負責人說。

萬眾矚目的主火炬將以何種方式被點燃，向來是奧運會開幕式的熱門看點。這一次，最后一棒的火炬手沒有去點火，而是直接把手持火炬插接在了主火炬身上，沒有引燃的過程就實現(xiàn)火焰的無縫連接。將最后一棒手持火炬直接作為奧運會主火炬燃燒器的點火方式在奧運會歷史上尚屬首次，與以往熊熊燃燒的火炬相比，大約可節(jié)省99.9%的能量，低碳環(huán)保的理念盡顯其中。

晶瑩剔透的主火炬，與以往歷屆主火炬在視覺效果上也有很大差別。研制團隊采用“微火+顯屏”的創(chuàng)意形式，利用懸掛在威亞上的執(zhí)行機構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，實現(xiàn)了“火”與“舞美”的完美融合。

從造型上看，主火炬由小雪花和橄欖枝組成。每一片小雪花、每一個枝頭上采用的都是全彩LED 直顯屏，每一個發(fā)光點的顏色、亮度都可以獨立控制，4.8mm的出光點實現(xiàn)了燈光圖案細膩多彩的變化。

主火炬的“高顏值”需要過硬的技術支撐。既要展現(xiàn)火炬的輕盈，又要實現(xiàn)整體結構的穩(wěn)定性，研制團隊在設計時不得不“斤斤計較”，在材料上選擇了鋁合金材質(zhì)，重量只有鋼材質(zhì)的約1/3，實現(xiàn)了輕量化要求。同時，為了達到8小時360度旋轉時高效穩(wěn)定的燃燒，主火炬采用了航天氫氧發(fā)動機的燃燒技術。在航天大國重器的高端技術加持下，主火炬不熄火、不回火、不脫火，相當靠譜。

在主火炬上方，有一個長方形的黑色盒子，名叫姿態(tài)調(diào)節(jié)執(zhí)行機構。它吊掛在威亞小車上，由小車帶著它移動到中心位置，放下鋼絲繩和電纜與主火炬相連，通過先進的姿態(tài)控制技術，配合地面裝置完成一系列的翻轉、提升和旋轉。

在姿態(tài)調(diào)節(jié)執(zhí)行機構里，還藏著燃料供應系統(tǒng)的氫氣滑環(huán)、柔性軟管和撬裝氫氣系統(tǒng)。柔性軟管，被稱為主火炬的“生命之管”，作用是將氣瓶中的氫氣輸送到火炬中心，支撐主火炬的燃燒；滑環(huán)，則是實現(xiàn)運動狀態(tài)下氫氣的連續(xù)穩(wěn)定供應；撬裝氫氣系統(tǒng)是一個集成系統(tǒng)，內(nèi)含氣罐、兩路減壓系統(tǒng)、電磁閥，主要作用是實現(xiàn)氣體的穩(wěn)定供應。

為了確保主火炬安全可靠，研制團隊還充分發(fā)揮航天工程研發(fā)管理經(jīng)驗，開展了故障模式、影響及危害性分析和故障樹分析，關鍵環(huán)節(jié)冗余設計，通過全流程綜合試驗測試，解決了柔性環(huán)境條件下的運動控制、長周期穩(wěn)定燃燒、減穩(wěn)壓控制、安全應用等難題，實現(xiàn)了主火炬復雜系統(tǒng)的安全可靠使用。

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