火炬手杨扬在开幕式上传递火炬。新华社记者 曹灿摄
北京冬奥会主火炬。新华社记者 曹灿摄
冰火相融，当空舞动。
2月4日晚，当最后两位火炬手擎着“飞扬”火炬跑向鸟巢中央，全场寂静，万众瞩目。
地台缓缓出现，火炬被轻轻插入基座。此时，“飞扬”开始蝶变，晶莹剔透的显示屏化作“雪花”，托举着盛开的火焰升空飘舞。
奥运史上主火炬的点燃方式各有创新，但北京2022年冬奥会主火炬仍以“意想不到”的方式展现在全世界亿万观众面前——微火、屏显、当空舞动，在科技加持下，冬奥会主火炬实现冰与火的完美结合！
三大创新缔造独一无二的主火炬
“北京冬奥会主火炬的设计研发，最大的创新之处是微火设计、视频显示以及由复杂的姿态控制系统构成鸟巢上空的完整结构，这在百年奥运史上是独一无二的。”北京冬奥会主火炬技术负责人、航天科技集团六院11所（京）事业部总工程师刘悦接受科技日报记者采访时说。
为何使用微火设计？是为了更好展现绿色低碳与可持续发展理念。此前的奥运火炬都是熊熊大火，能源消耗量巨大，北京冬奥会将绿色能源——氢气作为燃料，微火设计可实现氢气消耗量每小时小于2立方米。
“从技术角度来说，微火的实现并不容易。”刘悦告诉记者，北京冬奥会主火炬须长时间燃烧，对环境适应性、稳燃性以及抗低温、火焰显色等方面均提出很高要求。而且，氢气的供给需要达到安全、稳定，刘悦团队将氢气供给系统设计为撬装结构，使储存、减压、输送、控制集成起来。“由于特定的使用场景突破了氢气使用规范的现有要求，最终，我们的撬装结构作为航天专有产品提供给了北京冬奥组委。”刘悦说。
火焰本身太小，如何使之壮观？创意团队给出设计，采用“微火+视频显示”技术方案。刘悦表示，视频显示技术成熟，但是用在火炬的核心装置内，复杂的造型就需要大量采用“异形屏”技术，从设计到制造再到保证系统的可靠性都存在诸多挑战。“我们将结构高度集成并实现轻量化，结构变得不显眼，屏显做到轻薄，让大家只关注到唯美的火炬，感受主火炬晶莹剔透的效果。”刘悦说。
与以往火炬最大的不同还在于，北京冬奥会主火炬悬挂在鸟巢上空，宛如飘舞在空中的雪花托举着盛开的火焰，这对系统的高可靠性提出要求——保证各个环节万无一失！刘悦团队不光在结构的稳定性、承载力、空中姿态方面为主火炬找到最优方案，还在供电、信号、燃烧、机电、播控等方面都进行了冗余设计，确保主火炬在鸟巢上空美轮美奂地呈现。
精益求精实现最富创意的点火方式
手持火炬“摇身一变”成为主火炬，这是一个悬念，更是一个大胆的设想——火炬手将火炬插入基座，一个“插入”的动作成为开幕式最富创意的“点火”方式。
动作虽然简单，但实现的功能却非常复杂。手持火炬的燃料很有限，主火炬又要持续燃烧，插入基座的瞬间，气路联通、电路联通、信号控制联通……为此，刘悦团队做了多版插接结构设计，从连接的可靠性到环境适应性均进行了大量测试。
最后一棒手持火炬即主火炬，在材料和结构设计上有何独特之处？刘悦介绍，主火炬壳体材质采用耐热不锈钢，这种选择是为了耐受长时间的燃烧和室外环境对它的影响，而且主火炬的焰色实现方法与固化方式也都做了针对性设计。
航天产品讲求高可靠性、可验证性，因此测试检验过程必须做到系统性能指标和工作流程的全覆盖性。2021年10月末，经历了近10个多月的设计、研制，在航天综合测试场，刘悦第一次看到成型的北京冬奥会主火炬亮起来、动起来、转起来，他的第一反应是，“感觉与创意团队给的效果图非常接近了，我一下很有信心” 。
2月4日晚，北京冬奥会主火炬成功点燃。见证北京冬奥会主火炬从无到有、惊艳现身的刘悦难掩内心的自豪与喜悦。此时，他和团队成员不辱使命，成功为北京冬奥会奉献着航天人的力量；此时，他和团队将继续奋斗，为奥运圣火熊熊燃烧保驾护航。
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