田源

2022年北京冬奧會和冬殘奧會圣火“飛揚”除外觀之外所有系統(tǒng)的設(shè)計和制造都是由航天科技集團公司第六研究院完成的，作為“液體動力國家隊”一員，他們用心血將夢想變?yōu)楝F(xiàn)實，將航天精神傳承發(fā)揚。他們雖然不是冬奧會參賽選手，但是作為冬奧會手持火炬項目研發(fā)團隊的成員，他們是當之無愧的科技擔當，為北京冬奧會描摹上一抹亮麗的航天藍。

敢為人之不敢為，挺進科研“無人區(qū)”

氫氣綠色、環(huán)保、無污染，但易燃、易爆、易泄漏，就像一匹“小野馬”總是讓人敬而遠之，歷屆冬奧會還沒有成功使用氫氣作為火炬燃料的先例。2019年8月，在前期與冬奧相關(guān)合作商對接交流時，101所劉朝陽副所長大膽提出用氫作為火炬燃料的設(shè)想，可以體現(xiàn)冬奧“綠色”“科技”的概念。作為目前我國產(chǎn)能最大的液氫生產(chǎn)單位，也是目前國內(nèi)涉氫研究試驗基礎(chǔ)條件最為完善的單位，101所從20世紀60年代起從事液氫生產(chǎn)和應用技術(shù)研究，并將液氫規(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，探索浩瀚宇宙，提供了可靠動力試驗保證。幾十年的科研成果和工程應用，使101所擁有液氫、用氫安全等領(lǐng)域獨有的優(yōu)勢，氫火炬若研制成功，將首次實現(xiàn)冬奧會歷史上火炬的零碳排放。

我國氫能發(fā)展畢竟還處在初期階段，如何打消氫安全應用的顧慮，是急需解決的一大難題。2019年12月，姜聯(lián)東副總工程師率先到北京冬奧組委進行氫燃料火炬創(chuàng)新設(shè)想與可行性陳述，所黨委及時決策由經(jīng)營處牽頭組織氫能安全應用專項團隊，開展奧會手持火炬以氫作為燃料的可行性論證工作，經(jīng)與冬奧組委數(shù)十次的有效溝通，可行性方案得到高度認可，并牽頭組織開展《冬奧手持火炬原理樣機研制》在北京市科委的立項工作。

集團和六院各級領(lǐng)導高度重視，多次現(xiàn)場調(diào)研指導，要求以航天品質(zhì)打造冬奧首支氫燃料火炬。為克服項目研制周期短、技術(shù)難點高、經(jīng)費批復周期長等困難，確保以航天標準，高質(zhì)、高量、高效完成冬奧火炬的研制及應用，101所王成剛所長高度重視，果斷決定自籌經(jīng)費，率先開展冬奧會手持火炬項目的研制工作。經(jīng)所黨委決策借鑒航天型號管理模式，第一時間成立了以王成剛所長為組長的領(lǐng)導小組，劉朝陽副所長為總指揮，姜聯(lián)東副總工程師為項目總師的兩總系統(tǒng)。

研制團隊接到任務后，絲毫不敢怠慢，收集了近一個世紀的歷屆冬奧會火炬的相關(guān)情況，借鑒各國的成功經(jīng)驗，經(jīng)過比較分析，確定了氫燃料火炬原理樣機的技術(shù)方案。2020年7月9日，火炬原理樣機首次組合為一體，試火成功，標志著以航天科技集團公司第六研究院101所和11所（京）聯(lián)合開展的冬奧會手持氫燃料火炬工程化研制的正式開始，也意味著冬奧會圣火將擁有一顆綠色能源“心臟”，這顆“心臟”包括氫燃料儲存裝置、燃燒裝置、減壓裝置三部分，其中101所主要負責最能體現(xiàn)火炬特色的氫燃料儲存核心裝置的研制，并且為了這顆“心臟”正常搏動且萬無一失，101所創(chuàng)新提出對氫燃料火炬與特性測試方法進行試驗研究，以驗證火炬的可靠性等特性，并設(shè)計搭建手持火炬綜合試驗系統(tǒng)模擬風、雨、雪、低氣溫、高海拔、高濕度等氣候條件及運動模擬裝置，以全覆蓋模擬火炬?zhèn)鬟f過程中的各種極端運動狀態(tài)。原理樣機研制成功，項目研制團隊每一個人臉上都露出了久違的笑容，大家心底的那團圣火燒得更旺了。

花開又遭風雨，從來好事多磨難

氫燃料火炬原理樣機研制成功后，在隨后的幾次測試中，無論是火焰的形狀，還是氣瓶的可靠性、安全性都得到了初步的驗證。2020年8月17日晚10點，看著火炬原理樣機在臺鉗上又一次成功點火，姜聯(lián)東毫不猶豫地把火炬握在了手里，這一刻，參與項目研制的所有成員都無比激動，信心劇增。大家馬不停蹄地開始啟動立項工作，白天忙著做測試，晚上寫報告，進行匯總討論，就在每一個環(huán)節(jié)都有序向前推進時，冬奧會火炬外形設(shè)計最終定稿，火炬的內(nèi)外飄帶，如絲帶飄舞，旋轉(zhuǎn)上升，最后呈現(xiàn)為飛揚的火焰。而這樣飽含著美好寓意的火炬造型，卻給火炬燃燒系統(tǒng)帶來了前所未有的難題?；鹁鎯?nèi)外飄帶的造型，使得儲氫氣瓶不可能像外形一樣上粗下細，若減少儲氫氣瓶尺寸必然不能滿足氫氣的燃燒用量。想著之前的努力都要白費了，項目研制成員有人深深地嘆了一口氣，愣愣地看著圣火“飛揚”的造型出了神。

“我們可以做一節(jié)大的儲氫氣瓶再連接一個小的?！?/p>

“不行不行，連接結(jié)構(gòu)也占空間，根本沒節(jié)約出多少尺寸?！?/p>

會上，研制團隊成員你一言我一語，激烈地討論了起來，剛剛陰沉的氣氛很快就被一掃而空，每個人都出謀劃策。經(jīng)討論，大家很快達成一致意見，決定縮小儲氫氣瓶的尺寸，提高設(shè)計壓力，而這也意味著有無數(shù)個未知和難關(guān)等待研制團隊去發(fā)現(xiàn)和攻破。

儲氫氣瓶設(shè)計從一開始的35MPa、560mL到42MPa、350mL，僅僅兩個數(shù)據(jù)的更改，就讓研制團隊付出了巨大的心血。大家常常因為1mm的技術(shù)方案更改，連續(xù)加班到凌晨兩三點，要核算充氣量，既要滿足火炬的燃料時間，又要保證儲氫氣瓶安全可靠?！肮馐菂f(xié)調(diào)所里與11所（京）和外形設(shè)計團隊召開技術(shù)方案對接會就不下20次?！苯?jīng)營處項目主管于茂杰說道。儲氫氣瓶壓力提高強度怎么保證？為了滿足要求，保證使用安全性，姜聯(lián)東和項目實施組組長李山峰多次去廠家調(diào)研協(xié)調(diào)，研制團隊通過大量計算，最后確定纏繞層結(jié)構(gòu)，設(shè)計選用高強度鋁內(nèi)膽T800型碳纖維纏繞氣瓶。

在突破高壓儲氫這一關(guān)鍵技術(shù)難題后，研制項目團隊沒等歇口氣，新的問題又擺在了他們的面前。冬奧圣火“飛揚”要批量生產(chǎn)，氣瓶就必須有一致性，后續(xù)要有檢測方法和檢測方案，對于最后氣瓶批產(chǎn)沒有標準可依是不行的。為了起草企業(yè)標準，姜聯(lián)東帶著研制團隊多方拜訪行業(yè)專家，多次向浙江大學鄭津洋院士請教，李山峰更是把標委會跑了個便，請專家出謀劃策。這中間，為了模擬一般火焰溫度，考核氣瓶的耐火燒性能，團隊科研人員周博文、楊曉陽等一點點摸索，反反復復比對方案，直至選定燃燒溫度和恒定值一致的合適材料。為了找到極限值，氣瓶一遍遍地試，一遍遍地爆，因為沖擊大，每次火燒試驗的架子都燒得變形。除了火燒試驗，氣瓶還要經(jīng)受水壓、氣壓、氣密、跌落等十余種測試考驗，前前后后歷經(jīng)1年多的時間，批產(chǎn)一致性等檢驗條款才被一項項寫進標準，2021年9月18日，標準備案評審通過的這一天，大家懸著的心才終于放下。

千錘百煉鑄圣火，責任扛肩“火焰藍”

為了確保項目進度和手持火炬的可靠性，在初步設(shè)計完成后，研制團隊對手持火炬開展了綜合性能試驗研究，全覆蓋、全方位對手持火炬試驗進行科學設(shè)計，搭建綜合試驗臺，艙內(nèi)可以模擬高海拔、高濕度狀態(tài)，外部可以模擬大風、大雨、大雪等氣候條件，同時為了手持火炬在各種運動狀態(tài)下保證穩(wěn)定燃燒，有良好的可拍攝性能，研制團隊還進行了旋轉(zhuǎn)、倒置、搖擺等多種運動狀態(tài)的模擬。由于研制周期緊、要給批產(chǎn)讓出時間，每一次試驗，研制團隊都要倒排計劃，每一天，大家都是分秒必爭，僅在2021年6月至7月這短短兩個月的時間里，研制團隊就完成手持火炬可靠性試驗300余次，完成充放氣、耐壓等各類性能測試千余次。每每試驗完，走出試驗間，只有道路兩側(cè)的路燈和頭頂上方的明月依舊陪伴。

“當初搭建試驗臺時，因為疫情，設(shè)備供貨不暢，周期很緊張，所以只要設(shè)備一到，我們就加緊安裝，有一回正好趕上北京極寒天氣，在將近零下20℃的冷風里，大家在室外丈量尺寸，晚上又連忙調(diào)試設(shè)備。那段時間還要經(jīng)常在30m/s的風速下進行測試，可沒有一個人有怨言。到現(xiàn)在，大家也都是克服困難，所有研制人員都是做好了吃苦的準備的?！笔殖只鹁婢C合試驗系統(tǒng)負責人王淮英說這話時還在準備著手持火炬批產(chǎn)檢測試驗。

在冬奧手持火炬關(guān)鍵技術(shù)研制驗收會上，研制團隊向奧組委及科技部領(lǐng)導展示了手持火炬的靜態(tài)燃燒及動態(tài)燃燒，以及在極端狀態(tài)下的燃燒狀態(tài)。氫燃料手持火炬在10級強風、零下40℃低溫、暴雨和5000米高海拔等環(huán)境下的燃燒狀態(tài)都十分穩(wěn)定，領(lǐng)導和專家們都報以了熱烈的掌聲。101所也成為唯一一家冬奧組委指定的2022年北京冬奧會和冬殘奧會氫燃料火炬產(chǎn)品鑒定與綜合試驗基地。

一路走來，一路風雨，堅韌和執(zhí)著凝結(jié)著航天人的責任和使命，拼搏和創(chuàng)新讓這支團隊越戰(zhàn)越勇。從高壓儲氫的設(shè)計、加工、制造，再到檢驗和標準全產(chǎn)業(yè)鏈全部打通，實現(xiàn)了氫氣作為冬奧火炬燃料的世界首創(chuàng)，成為國家氫能應用推廣的一張閃亮名片。當“飛揚”火炬?zhèn)鬟f著奧運圣火的那一刻，每一名為之奮斗的航天人心中都點燃著一支火炬，那就是奧林匹克精神和航天精神相融之火。

（作者單位：中國航天科技集團六院）8C60BF70-EA75-4867-BD76-67969822BDA5