為傳遞綠色環保、清潔與可持續的高質量發展理念，2022年北京冬奧會火炬完全採用氫氣作為燃料。這是冬奧會歷史上的第一次，也是我國航天科技助力奧運的精彩呈現。
氫氣是世界公認的最清潔能源之一，其燃燒產物為水，能量密度是石油的3倍、煤炭的4.5倍。在國家碳中和、碳達峰的戰略規劃下，氫作為比傳統烷烴更契合“簡約、安全、精彩”原則的奧運火炬燃料，成為“綠色冬奧”“科技奧運”的理想選擇。
2020年夏季奧運會上日本部分使用氫能源火炬，而本屆冬奧會我國全套採用高壓儲氫火炬，首次實現了奧運會歷史上火炬的零碳排放。在奧運會的歷史上，火炬從木材到鎂塊，燃料從丙烯、丙烷、丁烷到氫氣，火炬的技術迭代和運動員的奮力拼搏一樣體現了更高、更快、更強、更團結的奧運精神。
燃燒的北京冬奧會火炬|來源@航天科技集團六院
1、火炬燃料：航天的“家族血統”
提起氫能源，很多人會想到芯級採用氫氧發動機的長征五號運載火箭。
的確，氫能源的誕生與航天工業、尤其是液體火箭發動機的研製歷程密不可分。相比於偏二甲肼、煤油、汽油、甲烷這些聽起來很古典的燃料，液氫才是齊奧爾科夫斯基等航天先驅者們在一百年前構想的火箭最佳燃料。
氫被用作奧運火炬燃料，主要原因在於其綠色環保、燃燒穩定的特性。然而，火箭發動機燃料之所以選擇氫，更多考慮的是其熱值大、比衝高的特點。
1903年是萊特兄弟代表人類征服天空的元年。在地球的另一端，俄國的齊奧爾科夫斯基在一本名為《科學評論》的雜誌上發表了文章《利用反作用裝置探索太空》，明確指出液氫加液氧是理想的火箭推進劑組合。（火炬能夠利用大氣中的氧氣燃燒，因此只需要攜帶液氫燃料，而在大氣層中飛行時間極短、最終離開大氣層的火箭必須同時攜帶燃燒劑和氧化劑供發動機使用。）
阿波羅計劃與土星五號|來源@我們的太空
1909年，美國的航天先驅戈達德也認為液氫液氧是理想的火箭發動機推進劑，但是迫於液氫製備、儲存、運輸、應用的現實困難，他只能使用汽油和液氧開展試驗。此後的半個世紀裡，科學家們又嘗試了無數種推進劑組合，直到二十世紀六十年代阿波羅登月計劃中的土星五號運載火箭，液氫液氧的火箭發動機才最終實現。
各國液氫液氧發動機|來源@我們的太空
美國阿波羅計劃啟動的1961年，在錢學森的建議下，我國也開始了液氫液氧發動機的研製。1965年3月，發動機研製相關單位與中國科學院力學所合作，設計了200千克推力的液氧氣氫（注意不是液氫，液氫沸點為-253℃）推力室，並進行多次點火燃燒試驗。這成為我國氫氧發動機走向工程研製的起點。
之後，我國陸續研製了YF-73、YF-75等一系列液氫液氧火箭發動機，並在“九五”計劃期間開始了50噸級補燃迴圈氫氧發動機，也就是長征五號採用的YF-77發動機的預研，以及高效渦輪泵、高壓推力室等多項關鍵技術攻關工作。隨著YF-77液氫液氧發動機及YF-100液氧煤油發動機陸續研製成功，長征五號起飛推力突破千噸級，近地軌道的運載能力達到25噸，比長征三號甲系列火箭運載能力提高了2.5倍以上。
2、火炬工藝：航天的重器精工
作為整合一國工業整體實力的系統工程，航天的許多技術在石化、交通、機械等其行業得到呈現，奧運火炬也不例外。某種意義上可以說，火箭就是一個自帶氧化劑、加壓利用反作用力推進的大火炬。
本屆冬奧會的“飛揚”火炬採用高壓儲氫方案，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來自曾經研製工業火炬的航天科技集團六院11所（京）節能環保部，氣瓶（氫燃料儲存裝置）則由航天科技集團六院101所研製。
氣瓶的研製使用了薄壁氣瓶內膽製造、低剛度氣瓶內膽熱處理、超小容積氣瓶纏繞、超薄氣瓶纏繞等航天工藝，實現了壁厚0.9毫米超薄壁內膽整體制造，解決了封頭和封底增厚及瓶口複雜結構、超薄壁氣瓶內膽熱處理變形控制、超薄壁、低剛度氣瓶整體纏繞等難題。最終，42MPa的高壓成功將12克氫氣壓縮排350毫升的氣瓶中，氫氣體積被壓縮了約400倍。
控氫閥的研製則參考了液氫液氧火箭發動機的減壓閥門技術。高精度的減壓閥將42MPa的高壓降低至1kPa，使得氫氣在使用時能夠安全減壓、穩定供給。燃燒器除了焰色反應格柵，還參考了液氫液氧發動機的燃燒室，使得火炬不熄火、不回火、不脫火。
為了配合本次冬奧會火炬的研製，科技部專門立項《冬奧手持火炬關鍵技術系統》課題，北京市科委也配套了《手持氫氣火炬原理樣機研製》課題為火炬保駕護航。
3、火炬測試：航天的質量嚴控
相較於普通工業，航天工業更重視高可靠性，在對成功精益求精的追求中孕育出高標準的質量管理要求與環境試驗流程。
航天工程專案一般分為初樣、模樣、正樣三個階段，每個階段都要經過一系列的測試，才能成功轉入下一個階段；任何一個環節出現問題，都會觸發整個專案的歸零。這一次，為了測試冬奧會火炬，航天科技集團六院不僅用上了曾經測試中國首個火星探測器“天問一號”的試驗場，還專門搭建了新的試驗基地。
圍繞高安全性、高穩定性要求，研製團隊對整個燃燒系統進行了300多次可靠性測試，包括但不限於-40℃的極寒環境、100km/h的十級狂風、行進中50mm/h的雨雪天氣等環境試驗。此外，火炬還從2米的高度被丟向地面，並在陣風時速超過65km/h的模擬環境中經受了5000m以上的高海拔測試。
正是航天級的質量管理流程，保障了冬奧會火炬的完美亮相。承載著“更快、更高、更強、更團結”奧運精神的“飛揚”火炬，在世界人民面前再一次展示了中國的科技和文化，也向全球傳播了綠色奧運、科技奧運的新理念。
2022年2月20日，燃燒了17天的北京第二十四屆冬季奧林匹克運動會主火炬將在國家體育場徐徐熄滅。航天技術精工鍛造的火炬、氫能源釋放的低碳綠色環保理念、前所未有的“微火”主火炬創意將在人類奧運記憶中“永不熄滅”！
