寫稿
投稿
在本屆冬奧會上，科技和綠色是兩大主題，這兩個主題都體現在場館建設、賽事組織、設備設施等方面。火炬是冬奧會最具特色的標志之一。冬奧會火炬首次實現了冬奧會歷史上火炬的零碳排放。冬奧會火炬有哪些高科技？如何實現零排放？
清潔能源點燃冬奧火炬
“飛揚”是本次冬奧會使用的手持式火炬的名稱。它以氫氣為燃料，是世界上第一套高壓儲氫火炬，實現了冬奧會歷史上火炬的零碳排放。
航天科技集團六院第101所所長王成剛：整個是火炬的內核，我們稱之為氫芯。這一部分是我們的氣瓶，鋁合金內膽，碳纖維纏繞主要考慮安全，其承載能力達到42兆帕。應該屬于高壓范疇，必須將儲存在氣瓶中的氫氣減壓到常壓狀態，這是我們航天的專有技術。
氫氣綠色環保，但易燃、易爆、易泄漏。以往冬奧會還沒有成功使用氫氣作為火炬燃料的先例。為了適應冬奧會手持火炬曲面外殼的設計，在內部空間非常有限的情況下，研究人員進行了大膽的創新，采用了有針對性地設計和輕量化技術，對整個燃燒系統進行了減肥，騰出空間，確保有足夠的燃料儲存。同時，為了保證火炬燃燒過程的高可靠性，研究人員運用了航天設計理念。
航天科技集團六院北京11所冬奧會火炬項目控氫閥技術負責人鄭曉東：我們設計時，其強度是安全余量的幾倍。我們完全按照航天可靠性的概念進行了充分的測試，這有點像我們做（火箭）發動機，我們應該有一些功能和安全性。
火炬不怕寒冷，不怕雨雪
用火箭技術做火炬真的很新鮮。這樣做的火炬可靠嗎？帶著這樣的疑問，專門走訪了火炬的試驗過程。
中央電視臺記者李寧：為確保冬奧會火炬的高可靠性，航天科技集團六院專門為火炬建立了試驗基地。試驗已經開始了，我們可以清楚地感受到風雨的感覺，現在風速約為每小時65公里，即8級風。
冬奧會手持火炬多次傳遞，在傳遞過程中可能遇到極端天氣，為了使火炬面對惡劣環境仍能保持穩定，研究人員模擬風、雨、低溫等特殊氣候環境，進行了300多次各種工況試驗，最終確保火炬的高可靠性。
航天科技集團六院101所所長王成剛：我們火炬在測試過程中提出的技術指標只要滿足8級風，我們的測試極限要求達到10級風。海拔條件測試需要4000米，我們測試了5000米。
此外，該試驗還模擬了火炬手惡劣氣候條件下的運動，涵蓋了火炬傳遞過程中的各種運動狀態。
經過千錘百煉，“飛揚”在10級強風、零下40攝氏度低溫、暴雨、5000米高海拔等環境下燃燒狀態非常穩定。即便如此，研究人員還是不放心，每個火炬出廠前還有一個測試。
航天科技集團六院101所所長王成剛：每一次火炬組裝完成后，我們進行10秒驗證，評估火炬的整體性能。所以在這個火炬傳遞過程中，每個火炬都得到了完美的展示。
確保火焰優雅靈動
經過嚴格的極端試驗，保證了火炬的可靠性。但與此同時，研究人員也面臨著新的挑戰。如何讓火焰看起來更漂亮？
由于儲氫罐的壓力很大，直接點燃后，火焰會像火箭發動機噴射的尾焰一樣猛烈，不僅不安全，而且缺乏優雅的火焰燃燒美，奧運火炬燃燒的火焰需要有特定的高度和形式，以確保優雅的流動美。安裝在氣瓶口的組合閥控制閥中有一個叫做減壓閥的部件，這是決定火焰美妙形狀的關鍵部件。
航天科技集團六院北京11所冬奧會火炬項目技術負責人劉悅：我們的減壓閥尺寸現在只有原來的2/3，它將三部分耦合在一起。氫氣燃燒得很快，火焰出來后，它是直的，不漂浮也不靈活。減壓閥（減壓）后的壓力直接影響其火焰形狀。
劉悅介紹，控氫閥可將氫壓從42兆帕的高壓轉化為約1000帕的低壓，從而控制火焰燃燒的范圍，而漂浮的形狀需要火炬中的燃燒器來完成。
航天科技集團六院北京11所冬奧會火炬項目技術負責人劉悅：火焰的最終要求是階梯狀的，中心要高一點。這完全是一個3D打印的形狀，彎制是彎不出來造型和方向的。
為火焰上色，為美美地“飛揚”
它解決了可靠性的問題，為火焰創造了一個完美的形狀，這下應該大功告成了吧？然而，并沒有！還有一個重要的問題需要解決，那就是給火焰上色。
由于氫氣的特性，在空氣中燃燒，呈現出淡藍色的火焰，在自然環境中肉眼幾乎看不見，為了實現火焰的可視性，有必要找到一種方法來顯示火焰的顏色。為了實現火焰著色，開發人員嘗試了許多方法，甚至在家里的煤氣爐上進行了測試，現在有了穩定可見的火炬火焰。
航天科技集團六院北京11所冬奧會火炬項目技術負責人劉悅：雖然一開始有一些原則知識，但你仍然需要做測試，開始在家里嘗試，找到各種各樣的東西，至少原則上是可靠的。
通過反復的實驗，研究人員研制出幾十種火焰顏色，經過大量的比較，最終選擇了我們現在看到的黃色火炬火焰顏色。
確定顏色后，接下來要解決的重要問題之一就是如何涂上顯色劑，以保證連續5分鐘的焰色反應。
航天科技集團六院北京11所冬奧會火炬項目技術負責人劉悅：通過溶劑將焰色劑配方溶解在一起，使其黏稠，然后慢慢刷到表面，幾乎就是這個位置。
記者：涂多少是不是也得（做試驗）？
航天科技集團六院北京11所冬奧會火炬項目技術負責人劉悅：是的，我們必須做試驗，現在我們手持火炬5分鐘的可靠性沒有問題，再多幾倍也沒關系。
往期精選回顧：
