无惧10级强风和零下40℃低温 航天六院发动机技术助力北京冬奥会手持火炬“氢”舞飞扬

　　2022年2月2日，举世瞩目的北京冬奥会举行火炬传递仪式。火炬手们手持造型别致的“飞扬”火炬，传递“更快更高更强更团结”的奥运精神，传递爱好和平崇尚运动的不变情怀。

　　“飞扬”火炬的心脏--核心与关键技术的攻关，来自中国航天科技集团第六研究院，他们运用液体火箭发动机的氢能技术，首次实现了冬奥会火炬的“氢”舞飞扬。

　　经过千锤百炼，“飞扬”在10级强风、零下40℃低温、暴雨、以及5000米高海拔等环境下的燃烧状态都十分稳定，可谓拥有钢筋铁骨，不惧任何环境。

研制过程中难点频出 火炬团队迎难而上

　　本次冬奥会手持火炬“飞扬”采用绿色环保、燃烧性好的氢气作为燃料，是世界首套高压储氢火炬，实现了冬奥会历史上火炬的零碳排放。其全部内部燃烧装置均由航天六院北京11所及101所联合设计制造。

　　氢作为最干净的燃料，燃烧时除生成水外不会产生碳排放，也不会产生对环境有害的任何污染物。接到冬奥会手持火炬“心脏”研制任务，航天六院高度重视，全力攻关，院领导多次前往项目现场，调研项目进展，慰问项目团队。在航天六院所属北京11所、101所两家单位强强联合的共同推进之下，为“大火箭”保驾护航的航天六院绿色氢能动力成功转化为点燃“小火炬”的能量源泉。

　　2020年2月底，航天六院一批精英骨干陆续抽调到位，组成了手持火炬项目团队，开始了跨专业、多领域的科学研究与技术突破，拉开了从无到有，将火炬艺术创意转化为实物产品的艰苦过程。

　　2020年7月9日，火炬原理样机首次组合为一体，试火成功，标志着手持氢燃料火炬工程化研制的正式开始。

　　研制过程中难点频出，调整火焰颜色、控制火焰形态等，都是需要一一攻克的难题。

内部元件所承受压力 相当于海底4200米深水压

　　按照“飞扬”手持火炬的设计，其内部元件所承受的压力有42兆帕，相当于传统火炬的50多倍，可以想象为在海底4200米深的水压。

　　奥运火炬燃烧出的火焰需要有特定的高度和形态，才能保证流动飘逸的美感。安装在气瓶口的组合阀门——控氢阀中，有一个叫做减压阀的部件，正是这个能决定火焰美妙形态的关键部件。若通过减压阀的氢气压力太大时，火焰将以类似于火箭发动机喷射出的尾焰形态一般猛烈，不但不安全、不可控，还缺乏美感，所以必须将压力控制在与大气压同一水平，需要通过减压阀将压力降低约420倍。且要在圆满完成减压任务的同时，保证重量轻、尺寸小，在极其有限的空间范围内寻求解决方案。

　　为了实现手持火炬的燃烧系统技术，火炬团队拿出了完成国家重大航天工程任务，确保不带任何隐患上天的劲头和航天人严慎细实的工作作风，在两年多的时间里完成了所有艺术创意的技术实现，用技术实力助推绿色奥运、科技奥运理念的传播，在世界人民面前展示出中国航天的科技实力。

压力提高20% 控氢阀门尺寸缩减了52毫米

　　随着冬奥会手持火炬外形设计的最终定稿，体现北京“双奥之城”传承与发扬的火炬“飞扬”进入了公众视野，火炬如丝带飘舞，旋转上升，最后呈现为飞扬的火焰，饱含着美好的寓意。然而也正因为这优美飘逸的内外飘带造型，使得火炬内部可用空间非常有限。给燃烧装置等系统的研制带来了一系列挑战。

　　与以丙烷、丁烷为燃料的传统火炬相比，“飞扬”手持火炬以氢气为燃料，采取的另一种完全不同的技术路线。想要维持同样的燃烧时间，氢气所需要的存储空间要比丙烷大一倍，所以若只是通过减少储氢气瓶尺寸必然不能满足氢气的燃烧用量，这为火炬燃烧系统带来了前所未有的难题。

　　经过六院火炬团队的反复论证，最终决定缩小储氢气瓶的尺寸，提高设计压力，而在这样“牵一发动全身”的研制项目中，任何一点细微的变化，都将带来无数个未知和难关等待研制团队去发现和攻破。航天人不畏艰难，经过集智攻关，最终突破高压储氢这一关键技术难题。

　　同时，通过整合功能模块，优化内部零件布局，尽可能压缩内部细小流道，研制团队还在压力提高20%的前提下，将控氢阀门尺寸从原来的162毫米缩减到了110毫米，从而最大程度为储气瓶争取到了极其宝贵的容积。

经过了300多次可靠性试验 10级强风和零下40℃低温下也能稳定燃烧

　　为了确保手持火炬的高可靠性、高安全性、高稳定性，在初步设计完成后，六院研制团队对手持火炬开展了综合性能试验研究。设计搭建手持火炬综合试验系统模拟风、雨、雪低气温、高海拔、高湿度等气候条件及运动模拟装置，以全覆盖模拟火炬传递过程中的各种极端运动状态。

　　最终，六院研制团队对整个燃烧系统进行了300多次的可靠性试验，使得火炬通过了在极寒环境、狂风、严酷的雨雪天气等情况下的测试。经过千锤百炼，“飞扬”在10级强风、零下40℃低温、暴雨、以及5000米高海拔等环境下的燃烧状态都十分稳定，可谓拥有钢筋铁骨，不惧任何环境。(华商报记者 马虎振 通讯员 朱怡蓝)