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科技创新奏响北京冬奥会主火炬“冰与火”之歌

来源:科技日报  

科技日报记者 何亮

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。

关键词: 冬奥会 之歌

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