冬奥火炬“飞扬”的研发量产之路

□ 本刊记者 胡拥军 通讯员 李 娟

1月28日，中国石化冬奥火炬传递服务保障团队在为火炬安装储氢罐。胡庆明 摄

2022年1月27日，由中国石化牵头中国航天科技等企业组织量产的1200支冬奥火炬“飞扬”，顺利交付北京冬奥组委。历时1年半的火炬攻坚战，取得了决定性胜利。

火炬以祥云纹样打底，自下而上从祥云纹样逐渐过渡到剪纸风格的雪花图案，旋转上升，如丝带飘舞，最后在顶端化身为飞扬的火焰。“飞扬”不仅外形极具动感和活力，外壳与内核也极具科技含量。外壳可耐800摄氏度氢气火焰烧灼，可抗极寒天气冰冻，能经受冰与火的考验；内核狭小空间里装载一套储氢罐及燃烧器，保证火焰饱满耀眼，可抵御10级大风和暴雨。

回眸研发之路，从2020年6月接受火炬制造任务，9月拿到火炬样品，到2021年2月火炬正式揭秘，再到12月底完成量产，一年半来，广大科技工作者历经艰辛，攻克了一个个科技难题，终于铸就了轻、固、美的“飞扬”火炬。它的背后，浸润着石化人、航天人等不断创新、追求卓越的精神，让每一支火炬，透射出科技之光。

主动请缨，展示石化责任担当

举办好2022年第24届冬奥会，是国之大者。习近平总书记强调，要突出“简约、安全、精彩”的办赛要求，为世界奉献一届精彩、非凡、卓越的冬奥盛会。北京冬奥会是我国重要历史节点的重大标志性活动，火炬作为会徽和吉祥物以外最重要的冬奥会要素，其设计和制造被北京冬奥组委列为科技冬奥体现的重点。

2020年4月，北京冬奥组委面向全社会公开征集火炬外观设计方案。他们第一时间想到了中国石化的碳纤维技术。2018年，上海石化迎来了一个特殊的访问团，其中包括一些体育界人士。上海石化副总经理、碳纤维专家黄翔宇在介绍中国石化碳纤维技术时骄傲地说：“碳纤维的质量只有钢的1/4左右，但是强度是钢的7至9倍。我们的碳纤维不仅能做奥运会火炬，而且更轻、更坚固。”就是这么一句不经意的话，开启了中国石化和冬奥火炬的缘分。

面对火炬制造时间紧、要求高的重任，在“行，还是不行”的问询之间，中国石化掷地有声：“不仅行，而且一定要干好！”这既是凭借多年来深耕碳纤维领域掌握的先进技术的底气，更彰显中国石化讲政治、顾大局、负责任的企业形象。

制造冬奥火炬碳纤维外壳研制的光荣使命落在了上海石化的肩上，他们发挥碳纤维生产基地的产业优势，利用研发制造碳纤维复合材料火炬外壳的契机，加快推进碳纤维及其复合材料核心技术攻关。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，被誉为“黑黄金”、21世纪新材料之王，有着广阔的应用和发展前景。上海石化从2008年开始就开展碳纤维技术攻关，承担完成多项国家“863”“973”计划和中国石化重大课题，形成从原丝、预氧化、碳纤维到复合材料产业链的创新能力，拥有自主知识产权成套技术，已申请碳纤维相关专利274项、授权165项，居国内第一、全球第三。当前，上海石化正全力推进1.2万吨/年48K大丝束碳纤维、百吨级高性能碳纤维等项目建设，加快打造碳纤维及复合材料产业集群优势。

牵头组队，协同创新攻关火炬

2020年6月，上海石化接到任务，立即成立了由党委书记、董事长吴海君为总负责人，副总经理黄翔宇为技术负责人的攻关团队，牵头在沪高校、央企科研院所、小微企业等相关合作团队开展火炬外壳用碳纤维的研发。

当时火炬设计方案还没出来，攻关团队参照2008年北京奥运会的火炬样式，提前演练，一边制造，一边琢磨，先做了几支火炬进行试验。

尽管抱着雄心壮志，但9月底正式拿到火炬样品时，合作团队都不由心头一紧。一方面，“飞扬”形状飘逸，如何使碳纤维的火炬外壳既要接受形状不规则的挑战，又能经受耐火抗高温的考验？另一方面，“飞扬”内外飘结构精巧，又如何让储氢罐、燃烧器在小小的螺蛳壳里做好道场，确保氢气燃烧系统呈现出饱满耀眼的火焰状态？

面对挑战，科研团队摆开了战场。由于火炬外壳的不规则性，成为火炬制造中的第一大难点。团队决定，由东华大学采用三维立体编织，这是一项高科技。每束碳纤维，由1.2万根碳纤维丝组成。三维编制，就是从三个维度，直接将碳纤维编织成火炬形状，再用特殊树脂成型。经过三维立体编织，最终织成的火炬外壳看不出任何接缝与孔隙，整个造型浑然一体，不仅极大地增加了火炬强度，耐冲击、抗摔打，而且外形更具立体感。

观众在观赏由中国石化自主研发生产的冬奥火炬。胡庆明 摄

让火炬能够经受800摄氏度高温炙烤，是火炬制造中的第二大难点。碳纤维材料本身比较柔软，只有与树脂材料复合后，才能坚如钢铁。碳纤维耐火，但绝大多数的树脂材料温度达到500摄氏度就会化为灰烬。就在一筹莫展之际，上海金山区一家小微企业说，他们研发了一种树脂，能耐火。这种聚硅氮烷树脂兼具有机物附着力强和无机物耐高温的特点，并且集耐腐蚀、耐磨损和防污防水、超薄膜等优点于一身。但是，在多次燃烧试验中，发现火炬有起泡、开裂等现象，经过不断优化工艺，才最终解决难题。

如何安置火炬的燃烧系统，则是火炬制造的第三大难点。火炬由外飘带和内飘带组成，外形好看，但内部空间狭小。要把一个储氢罐和一整套燃烧器安置在火炬里面，储氢罐就必须做得越小越好，但又必须保证火炬长时间燃烧。这是一对绕不开的矛盾。航天科技团队经过无数次反复试验，终于找到了解决方案。他们将储氢罐做小，并加大储存压力，以增加氢气容量。同时，配套微型减压阀，在使用时打开减压阀，将上百公斤压力降到一公斤。

3个月的技术攻关，形成了从碳纤维生产、复合材料制备到产品终端应用的一站式解决方案，解决了碳纤维复合材料耐高温、耐燃烧，以及采用氢气为燃料这两大难题，并形成了两大科技创新亮点。一是以碳纤维复合材料制作火炬外壳，成为世界首创。其间，破解了碳纤维复合材料火炬外壳在1000摄氏度高温制备过程中起泡、开裂等难题，实现了在燃烧温度大于800摄氏度的氢气燃烧环境下正常使用，重量较铝合金外壳轻20%以上，呈现出了轻、固、美的特点，并且手感十分舒适，没有传统金属材料的冰凉感。二是火炬采用氢气为燃料，实现零碳排放。同时，解决了火焰颜色与稳定性、高压储氢、减压供氢装置、氢能安全利用等多项技术难题。

2021年2月4日，在北京2022冬奥会倒计时一周年活动上，“飞扬”火炬一揭开神秘面纱，就赢得世界惊叹。

再扛重任，不辱使命圆满完成

原本以为完成了火炬研发攻关任务后，团队可以松一口气了。2021年3月，北京冬奥组委文化活动部提出要让中国石化承接手持火炬量产项目。按照北京冬奥组委火炬量产项目整体工作部署，上海石化再次肩负起产业链链长的责任，整合火炬生产的中下游产业链。

为加强冬奥火炬生产项目的组织领导，上海石化成立项目领导小组，有效推进工作对接和过程管控。经过考察和样品测试验证，最终确定了冬奥火炬各部件加工企业。一个集火炬外壳—内飘带—燃烧系统—火种灯—终端检测—交付产品于一体的总流程，在上海、北京、江苏、广东、河北等地的五大基地迅速建立并快速运转起来。

火炬量产，并不是从流水线上出来，而是每一支火炬都要经过三维编织、材料复合、打磨、上色、装配等一道道工序，有的工序只能靠手工完成。手工作业，就会有技术指标上的正负偏差。此外，每一支火炬的零件，分布在不同地方、不同团队。如何保证从各个地方汇拢过来的火炬部件在装配中严丝合缝，保证每一支火炬都一模一样？

面对一只只拦路虎，他们加强统一领导、协调指挥和各方联动。团队把火炬设计师请到现场，在充分体现设计灵感的同时，从火炬内外飘带各部件的外形、棱角、颜色、装配，到氢气瓶样件、控氢阀、燃烧效果，再到火种灯外观、内部结构、操作便捷性等，进行深化设计、优化工艺，以确保整个制造工艺不留死角，精准到位。

2021年9月中旬，用于冬奥会火种采集的丙烷火炬量产样品顺利通过了北京冬奥组委组织的两次现场检测和第三方验证验收，总体达到要求。9月22日，上海石化向冬奥组委正式交付115支丙烷火炬及火种灯、引火棒等部分周边产品，顺利完成冬奥组委交付的首批量产任务；26日启运希腊雅典，用于10月18～20日的火种采集、交接和运回等工作。上海石化派出两名核心骨干，为希腊雅典火种采集和北京火种欢迎仪式保驾护航。在希腊雅典火种采集、交接期间，“飞扬”所经之处，引来万众瞩目。

从2021年9月至12月底，各团队聚焦火炬量产任务，集中资源和力量，细化量产计划进度，严格现场督造和质量管控，终于按时保质保量完成了1200支冬奥火炬量产的政治任务。

2022年1月17日，1200支火炬从上海石化启程运往北京。1月27日，在冬奥火炬交付仪式上，1200支火炬正式交付北京冬奥组委。