“飞扬”！中国制造！奥运史上首次实现机器人水下火炬传递

　　中央纪委国家监委网站 黄秋霞 侯颗

　　2月2日，北京2022年冬奥会火炬接力活动开启。火炬手高擎的“飞扬”火炬，其主体由银白色外飘带和红色内飘带组合而成，位于中部的奥运五环标志鲜艳醒目，火焰从两条飘带之间的缝隙盘旋而上，在顶部汇聚、炽烈燃烧。祥云纹样“打底”，逐渐过渡到剪纸风格的雪花图案，如丝带飘舞。“飞扬”与北京2008年奥运会开幕式主火炬塔形态遥相呼应，再次点燃“双奥之城”的奥运热情。

　　上午10时许，阳光灿烂，火炬传递在北京奥林匹克森林公园进行。第89棒火炬手、中国石油化工集团有限公司冬奥办主任张征激动地与同样是火炬手的同事吕锦叶做出点赞的手势。“拿起自己与团队齐力攻关、实现量产的火炬，我感到很亲切，强烈的使命感、责任感激励我们在岗位上继续担当作为。”张征说。

　　2020年9月，“飞扬”火炬外观设计方案正式出炉。内置氢燃烧的温度可达650摄氏度，火炬外壳如何经受住“冰与火”的考验，保证“不烫手”、轻便易拿?这个难题曾经困扰中国石化有关负责团队数月。

　　“我们看到3D打印出的火炬样品时，其曲面形状复杂、性能要求极高，团队都有点蒙。”张征介绍，经过反复论证，团队决定选择使用碳纤维这种力学性能优异的“黄金新材料”，其密度是钢的四分之一，强度却是钢的7到9倍。此外，团队还引入高性能树脂与基础碳纤维制成复合材料，以适应高温环境。

　　有了碳纤维复合材料，技术人员又抓紧攻关三维编织技术，为外壳最终塑形。经三维立体编织，包含着12000根碳纤维丝的一束束黑色丝束，就像“织毛衣”般织成外壳，没有任何接缝与孔隙，整体造型便浑然一体。“我们把火炬上半段燃烧端在1000摄氏度以上高温中进行陶瓷化处理，通过工艺调整，有效解决了在高温制备过程中外壳起泡、开裂等问题，达到既耐低温又耐燃烧的要求，还能更轻盈、更坚固、更美观。”张征告诉记者。

　　边对接、边验收、边量产，从火炬内外飘带各部件的外形，到氢气瓶样件、控氢阀、燃烧效果，再到火种灯外观、操作便捷性，团队不断完善工艺，2022年1月完成本届冬奥1200支火炬的量产任务。

　　寒风凛冽的天气、动态颠簸的传递，轻巧的“飞扬”如何能够稳定、持续地燃烧呢?中国航天科技集团有限公司高级工程师韩宗捷介绍，火炬内置的氢能燃烧系统是关键，它包括高压储氢容器、大减压比供氢系统以及氢燃烧装置3个部分。与常规合金储氢技术相比，火炬采用的高压储氢技术确保氢气在低温环境中从储氢容器里面稳定释放;钝体稳燃技术则把火焰根部在曲面保护起来，避免受到外界风雪的影响。

　　为保证火炬里的燃料够用、安全，研发团队还将包括减压阀、储氢罐等在内的内置燃烧系统外形进行小型化设计，缩小三分之一的尺寸，并研发氢气减压技术，做到高达几百倍的大比例减压。因为氢在日常条件下燃烧时完全透明，火炬采用焰色反应剂进行“着色”，使效果接近真实的火焰，释放热烈、美丽的光彩。

　　“经过测试，‘飞扬’在10级强风、零下40摄氏度低温、暴雨，以及5000米高海拔等环境的燃烧状态均很稳定，这就是我们中国制造的高端水平。”韩宗捷说。

　　当天下午，奥运史上首次机器人与机器人之间在水下的火炬传递在北京冬奥公园水下完成。这款世界上第一支可以在水下清洁燃烧的气态燃料火炬，是中国航天科工集团为本届冬奥会特别研制的一款水下火炬。

　　据介绍，气体燃料在水下燃烧需要同时克服水压和水流扰动的影响。研发人员利用新型燃烧组织结构和气动旋流火焰保护等一系列技术，燃烧器采用燃料和氧化剂的多层喷注设计，火焰中心通过预混燃烧提高火焰温度，火焰周围采用类似航空发动机气膜式热防护的方法形成“保护罩”。此外，研发人员还通过一系列控制机构和程序实现了与机器人的集成和自动控制，达到火炬对接的精准度和稳定性要求，解决“水下传火”技术难题。