馬麗娜 孟俊賢 齊南南 科技日報記者 付毅飛
2月2日上午，北京2022年冬奧會火炬接力啟動儀式在京舉行。中國航天科技集團六院北京11所的科研人員們熱血沸騰，心潮澎湃。回顧手持火炬內核燃燒系統的研制歷程，一個個燈火通明的夜晚，一場場摸索改進的試驗，一條條精心計算的數據，一張張反復打磨的圖紙……一切都歷歷在目。
北京11所承擔了冬奧會手持火炬燃燒系統的內核技術。“我們牽頭申報的‘冬奧會手持火炬關鍵技術系統’項目已在科技部立項，完成了主要考核節點的考核，通過了專家驗收。”黨委書記李曉峰說，“技術硬實力帶來產品高可靠性，一定能在后續傳遞中有精彩的表現。”
北京11所具有深厚的氫能利用基礎和成熟的氫能應用技術，承擔著我國航天運載器的“心臟”——氫氧火箭發動機的研究設計工作，其研制多種用于運載火箭的氫氧發動機已經成功助推長征三號、長征五號、長征五號B、長征七號甲、長征八號系列運載火箭飛向太空。氫氣作為燃料，具有環保、燃燒性能好、低溫適應性好等特性。
本屆冬奧會手持火炬“飛揚”正是以氫氣為燃料，這是世界首套高壓儲氫火炬，實現了冬奧會歷史上火炬的零碳排放。為此，北京11所研制團隊花了2年時間，攻克了一個又一個難關，才有了“飛揚”的高技術內核。“時間緊任務重，彈指團隊協同攻關，攻克了薄弱環節，體現出了航天人的科技實力。”六院院長王萬軍說。
雖然氫能源有諸多優點，但也存在易爆炸、易泄漏、泄漏時因無色無味不易被發現等缺點，要確保實現5分鐘穩定燃燒，對技術性的要求非常高。契合火炬外形，“飛揚”采用了配套的高壓儲氫方案。“飛揚”內核燃燒系統由三部分組成，從底部到頂部分別是氣瓶、控氫閥和燃燒器。其中控氫閥和燃燒器均由北京11所攻關研制。
控氫閥是安裝在氣瓶口的組合閥門，其作用主要是將氣瓶內的高壓氫氣減壓穩壓到常規出口壓力。為了契合冬奧會手持火炬曲面外殼設計，在內部空間十分有限的情況下，項目團隊成員鄭曉東、丁英仁、王新成等對控氫閥做了大膽的創新，采用了微型的輕量化技術，對其進行了“瘦身”，以便騰出空間給氫氣瓶確保火焰的大流量，同時實現了該輕的地方輕，該重的地方重，該承受力的地方結實。在壓力提升20%的情況下，閥門長度從最初的162毫米降至110毫米，重量減輕至290克，重量僅相當于一袋牛奶。
火炬能在各種環境下燃燒，離不開燃燒器。在設計時，不但要滿足“飛揚”復雜曲面特征的結構要求，還要在出口處做出創新設計，實現焰色的可視性，讓火焰顯示出顏色。韓宗捷、李泓達等團隊成員為了實現火焰著色，嘗試了很多方法，甚至在家里煤氣灶上做起了文章，這才有了現在穩定可視的火炬火焰。
為了高安全性、高穩定性，研制團隊對整個燃燒系統進行了300多次可靠性試驗，使得火炬通過了在極寒環境、十級狂風、雨雪天氣等情況下的測試。所以現在“飛揚”擁有了鋼筋鐵骨，不懼任何環境。
“作為‘國家隊’成員，只要國家需要，我們一定會挺身而出。”北京11所所長岳文龍說，“為了實現手持火炬的燃燒系統技術，我們拿出了完成國家重大航天工程任務確保不帶任何隱患上天的勁頭，和航天人嚴慎細實的工作作風。”
（中國航天科技集團六院北京11所供圖）
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