中国航天动力技术“科技护航”北京冬奥火炬水下传递

2月2日北京冬奥火炬传递首日，在“科技冬奥”多机器人跨域协同的火炬传递环节，两名“机器人”火炬手完成水下传递，在最为精彩的“水下悬停对接”环节，水下火炬在机器人的操作下进行精准对接，整个过程火炬的火焰一直熊熊燃烧，跳动的火苗在水、陆两个环境中保持着旺盛、飘逸的姿态，火炬传递的科技感瞬间拉满！

点燃冰雪激情、托举冬奥梦想的奥运火炬，再一次与中国航天紧紧连接在一起，承担此次冬奥特种火炬燃烧系统研发任务的正是中国航天科工三院31所。经过700多个火炬研发的日日夜夜，航天人用信念和胆识践行了航天报国的铮铮誓言，用智慧和汗水完成了祖国和人民赋予的光荣使命。

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从“奥运火，航天心”到“双奥火，航天心”

火炬，是历届奥运会中备受关注的核心元素之一，此次的冬奥火炬既是传承、又是创新，2008年北京奥运会“祥云”火炬，正是由该技术团队承担燃烧系统研制。在刘兴洲院士的带领下，研发团队为2008年北京奥运会成功研制了火炬、火种灯、引火器和圣火台等系列产品，特种火炬成功登顶珠峰，被誉为“奥运火，航天心”。

2008北京奥运航天科工珠峰保障团队

燃料通过发动机可以实现高效燃烧、产生超强动力，而燃烧技术正是航天动力人的看家本领。三院31所，是专业从事空天动力技术研究的航天高科技企业，拥有完整的设计研发、产品试制及试验验证能力体系，在动力技术领域创造了多项第一，对于燃烧系统的研究更是在国内名列前茅。

机器人同火炬在冰面开展协同测试

接到北京冬奥组委火炬研制任务后，集团公司、三院等各级领导高度重视，积极推进火炬技术研发攻关，三院31所组织成立专门的技术攻关团队，所领导挂帅，按照航天产品研制“两总系统”工作模式，多名曾参与2008年北京奥运火炬研制的同志参与其中，从产品研发、生产试验、条件保障等各方面高效协同，有力地保证了奥运火炬的研制进度。

研制团队向冬奥组委汇报火炬研制情况

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“水火相容”，

彰显科技魅力

在世界奥运历史上曾有运动员在水下进行火炬传递，以及机器人在陆地上火炬传递的先例，但由两位“机器人”完成水下传递尚属首次，该特种火炬也成为“世界上首支无烟燃烧的绿色清洁水空跨介质火炬”，目前已经申报多项发明专利，具有自主知识产权。

据了解，国外的水下火炬采用固体燃料，燃烧中存在非常显著的烟雾污染。研发团队创新采用气态燃料，不仅消除固体燃料燃烧的烟雾污染，还可以让火焰更具动态、飘逸的美感。但选择气态燃料实现水下燃烧和传火，其难度比固体燃料大得多。

为了让气体燃料在水下稳定燃烧，同时克服水压和水流扰动的影响，设计人员借鉴了航天发动机的设计理念，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，火焰的中心通过预混燃烧提高火焰温度，火焰的周围采用类似航空发动机气膜式热防护的方法形成一个动态的“保护罩”，克服了绿色能源在水下燃烧困难的技术难题，让奥运圣火再现水下燃烧的胜景。

“水下传火”遇到的技术挑战更大，在周围水环境的强冷却作用下，燃料的水下点燃必须有足够长时间的稳定加热，对火炬对接的精准度和稳定性要求极高。同时由于对接是在水中复杂扰动环境下进行，通过精准悬停和控制来实现火炬燃烧器头部的精准对接，从某种意义上讲其难度甚至堪比“空间站对接”。研发团队为了实现水下点火的高可靠性，对于气态燃料开展了不同状态的水下传火特性研究，最终确定了传火时间短、对接空间适应性相对较强的水下传火技术模式，为水下传递的可靠实现奠定了坚实基础。

麻雀虽小，五脏俱全。可以说，从技术原理上看水下火炬就是一个小型的气体火箭发动机，在实现水下燃烧的同时，通过一系列控制机构和程序完成与机器人的集成和自动控制，甚至拥有在真空中燃烧的能力。为了保证火焰在空气中和水下的美观、以及冬季严寒条件下的长时间工作，水下火炬还自带了“大气火焰和水下火焰双模态燃烧机制”“燃料热管理技术”等关键技术，最终圆满完成机器人水下传递，向世界展示了科技奥运的独特魅力。

冬奥梦承载着冰雪梦，编织着中国梦，交汇着航天梦。点燃冰雪激情的冬奥火炬，凝聚了航天人的智慧劳动和辛勤汗水，集中体现了航天高科技的能力和水平。

从“祥云”到“飞扬”，中国航天科工三院31所再次积极承担奥运火炬燃烧系统研发的光荣任务，以一颗火热的航天之“心”再次托起奥运圣火，助力北京再燃奥林匹克之光！