2月4日晚的鸟巢灯光璀璨，全世界聚焦北京、瞩目中国。北京2022年冬奥会开幕式上的奥运圣火将如何点燃，全世界都在好奇。

开幕式上，冬奥会旗随着6名旗手进入鸟巢体育场，在距离地面45米的空中，主火炬执行机构开始运转，6根管线缓缓下垂。地面中心台的盖子滑开，露出一片藏在地下的“雪花”。

▲ “雪花”主火炬

王亚飞负责操作指挥主火炬，他和他的团队来自中国航天科技集团有限公司六院北京11所——一家研制火箭发动机的专业研究所。在冬奥开幕之夜，这群研制火炬的航天人，仿佛置身火箭“零窗口”发射现场。

黑暗中，技术人员把从天上垂下的6根管线快速接插到“雪花”上。最先接通的两条线是电缆和网线，“雪花”的电路供应从地下切换到天上，主火炬有了“神经” 。随后是两根氢气管插接成功，氢燃料供应正常，主火炬有了“大动脉” 。最后，两根威亚钢索将把这片“雪花”拉起，主火炬凌空起舞。

直播镜头里，一片雪花飘到鸟巢体育馆中心，地面上的大“雪花”从平面翻转54度，正式登台亮相。

▲ “雪花”主火炬惊艳亮相

随后，火炬手赵嘉文和迪尼格尔·依拉木江登上台阶，把手中的“飞扬”火炬插入这片“雪花”的中心，使空中的氢气供给系统与“雪花”主火炬连通，储氢罐中的氢气顺着柔性软管游走下行，途经“雪花”内置的气体管道进入“飞扬”。

▲ 两位火炬手点燃“雪花”主火炬

研制团队利用悬挂在威亚上的执行机构和地面装置的流畅配合，完成主火炬在40米高空的360度旋转，实现了“火”与“舞”的完美融合。

与以往熊熊燃烧的火炬相比，这次“点燃主火炬”没有引燃过程，这种点火方式是百余年奥运历史上的首创，让主火炬比以往节省了99.9% 的能量，体现了低碳环保的理念。

苛刻的“艺术追求”

历数往届奥运会，主火炬燃料均以烷烃为主，仅2020年日本东京奥运会使用了氢气燃料。氢能是世界公认的清洁能源，燃烧产物只有水，被视为未来能源革命的颠覆性技术方向。在国家碳中和、碳达峰的战略规划下，氢能是“绿色冬奥”“科技奥运”的理想选择，也符合办一届“简约、安全、精彩”冬奥会 的初衷。

而利用氢能，是航天的强项。目前，我国最大火箭“长征五号”芯一级、芯二级的氢氧发动机就是由六院北京11所研制的，发动机使用的液氢推进剂温度达到零下253摄氏度。

如此看来，北京11所完全可以胜任冬奥项目，加上主火炬研制团队核心骨干有工业火炬的建设经验，底气比较足。

然而，“实际和预想的根本不是一回事。”团队技术负责人刘悦谈起火炬的研制历程。最初大家参考了往届奥运会主火炬的设计，认为主火炬尺寸要大、火焰要高，但导演组的想法总在变，开幕式总导演张艺谋最终的创意让他们吃了一惊。

主火炬是一朵含着奥运圣火的雪花 ，由雪花和手持火炬两部分组成，雪花呼应冰雪运动和奥林匹克精神，雪花上安装显示屏配合现场声光电演出，手持火炬在雪花中心长明不熄， 氢燃料流量约为1.2立方米/小时。

你的火需要一点火焰感

在张艺谋心中，能否有一届完美的冬奥会开幕式，就得看主火炬的表现。

“你的火需要一点火焰感。” 看完主火炬初次试验，曾是2008年北京奥运会烟火表演导演的蔡国强做出评价，他是张艺谋的老搭档。

负责主火炬燃烧系统的韩宗捷被这句话困扰着，张艺谋对主火炬也提出了相同的要求——“好看” 。正常情况下，氢气燃烧呈淡蓝色，在日光下只能看到热浪，要利用“焰色反应”给火焰着色，视觉上才有辨识度。

研制团队在火炬出口处安装了格栅，并在表面喷涂碱金属，当温度提高到650℃以上时，实现焰色可视性 。这种基于焰色反应原理的氢气火焰颜色控制方法是研发团队的创新打造，通过配方和涂装方法可以实现不同颜色的火焰。

▲ 颜色控制试验

火焰先染色，再塑形。 燃烧管在火炬顶部弯成一道“山”型的弧线，沿着弧线设计有不同间距及孔径的喷孔，氢气从孔中溢出点燃，结合手持火炬外壳的曲面导流形成特定的火焰造型。

▲ “飞扬”火炬外观

最后一棒“飞扬”火炬与其他手持火炬大不相同。 它有两套燃烧系统：一套系统是手持火炬的氢燃烧系统 ，由内部氢气瓶供气，负责完成火炬传递动作 ；另一套系统与鸟巢体育场上方的执行机构相连 ，用于开幕式主火炬表演 。

▲ 最后一棒“飞扬”火炬

燃烧系统是火炬的核心技术，按照先突破局部关键技术，再推进分系统研发的思路，研制团队将燃烧系统分燃烧装置和燃料供应系统两大部分：燃烧装置负责形成稳定的火焰，燃料供应系统负责储存并供应氢气。

燃料供应系统是另一个难点。主火炬的氢燃料存放在35兆帕储氢罐中，氢气从储氢罐中流出，经减压阀由高压转为接近常压，可供主火炬至少燃烧8小时。主火炬储氢罐的压力是大气压的350倍，相同难度的减压技术在火箭发动机上都十分罕见。

开幕式上，主火炬从地面升到空中，需要执行机构配合动作。因此，研制团队选择从“天上”供气，把储氢罐固定在执行机构里，通过威亚系统悬挂在鸟巢场地45米高的暗处。

在距鸟巢50公里的航天器回收着陆地面综合试验场， 这里的塔架曾吊起嫦娥探测器，也曾参与过载人航天工程关键技术验证，如今又成为北京冬奥会主火炬的“诞生地”。

航天科技集团五院508所的项目团队正在这里模拟主火炬的试验环境，利用航天器回收着陆试验场构建模拟主火炬的试验环境，运用成熟的航天器试验验证技术，一次次迭代细化主火炬方案，为北京冬奥会保障工作提供助力。

第一次开幕式彩排结束后，张艺谋对主火炬团队说：“一次就把 事情做成了。 ”

场外火炬台下暗藏乾坤

除了开幕式上的体育场内主火炬，鸟巢外的奥体广场、北京市延庆区和河北省张家口市分别装置了3个场外火炬台，在2月4日晚共同揭幕。

在延庆，北京八达岭国际会展中心广场上建起了十几米高蓝色的围挡，围挡里竖起了一座10.6米高的“雪花”，96朵小雪花组成圆环，众星捧月般环绕着中心的“飞扬”火炬，6个橄榄枝沿圆环伸展出去，形成大雪花的6片花瓣，金属飘带在空中划出流畅的弧线，环抱着“雪花”，地面是直径22米的椭圆形镜面。

▲ 场外火炬台试验点火

火炬台可分为三大部分：地面的镜面雪花台，地下的旋转执行机构，百米外的控制室和供氢系统。

在镜面圆盘下，地下旋转机构藏在地坑里，中心电机带动“雪花”顺时针旋转。外圈齿轮带动金属飘带逆时针旋转，烘托中心的主火炬。百米外，一根手腕粗的氢气管从供氢房伸出，连接至地下旋转机构。负责场外火炬台项目的张范解释，外面的粗管是“保护管”，里面真正的氢气管只有拇指细。

火炬出厂前，经历过50毫米降水量的暴雨测试、零下40摄氏度的低温测试、海拔4000米的高海拔测试 等可靠性实验，现场还是设计了多重保障，确保“万万无一失” 。

▲ “雪花”一角

“雪花”是金属塑形而成，中间镶嵌了数百块异形屏，每道焊缝都要经过8道打磨 ，最后一道用羊毛毡做镜面抛光。负责雕塑的王工说，贵州88米高的仰阿莎雕塑半年完工，10.8米高的冬奥火炬台工期也是半年，但却繁琐得多。

一辈子就这一次

“多亏有101所的兄弟们帮忙。”韩宗捷说，在火炬试验厂房外，101所搭建了冬奥专用加氢台，百米外是制氢工厂，氢能供应源源不断。

航天科技集团六院101所是国内最早进行航天氢能利用技术研究的机构，我国长征火箭的发动机发射前都要在这里接受高强度考核。在航天工程牵引下，101所已成为我国产能最大的液氢生产单位。

北京冬夜天寒地冻，韩宗捷从30个氢气瓶中随机抽取5个做燃烧验证，筛选冬奥开幕式最后一棒火炬的“芯”。

北京11所党委书记李晓峰觉得主火炬研制团队特别不容易，这两年基本没有假期，大家干到现在依靠的是一种责任、担当。

“一辈子就这一次。” 韩宗捷说，这也是主火炬研制团队共同的信念，这一次一定要做到最好。

责编：周阳乐

来源：中国航天科技集团