2月20日，北京冬奧會(huì)正式閉幕。人們?nèi)匀挥浀?8天前，兩名“機(jī)器人”火炬手在水下懸停對接，火焰熊熊燃燒，火苗徐徐跳動(dòng)，如朱砂般點(diǎn)亮冬奧公園河水的“眉心”。由中國航天科工集團(tuán)有限公司三院31所研發(fā)的水下特種火炬被成功應(yīng)用于“科技冬奧”多機(jī)器人跨域協(xié)同傳遞，體現(xiàn)了火焰在水中“水火相融”的神奇景象，這是奧運(yùn)史上首次機(jī)器人與機(jī)器人之間在水下的火炬?zhèn)鬟f。

技術(shù)路線之爭

2020年，冬奧組委以北京市科委和科技部立項(xiàng)的形式，定向委托31所負(fù)責(zé)機(jī)器人傳遞水下特種火炬的研發(fā)工作。研制團(tuán)隊(duì)早前已察覺到火炬固體燃料和氣體燃料的較勁。但他們的選擇很明確——要做出一個(gè)前所未有的、能夠清潔燃燒的水下特種火炬。

燃燒技術(shù)是31所的看家本領(lǐng)。他們專業(yè)從事空天動(dòng)力技術(shù)研究，擁有完整的設(shè)計(jì)研發(fā)、產(chǎn)品試制及試驗(yàn)驗(yàn)證能力體系。此前，該技術(shù)團(tuán)隊(duì)成功研制了2008年北京奧運(yùn)會(huì)珠峰火炬等系列產(chǎn)品。

“這就是一塊難啃的硬骨頭。”團(tuán)隊(duì)骨干覃正說。

“難”體現(xiàn)在兩方面。其一，在歷史上，奧運(yùn)火炬從未使用過氣態(tài)燃料在水下傳遞，這是世界性的新課題；其二，針對水下特種火炬與機(jī)器人集成的難題，團(tuán)隊(duì)要開展火炬與機(jī)器人的多輪次匹配設(shè)計(jì)與集成優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對火炬燃料供給的自動(dòng)控制和協(xié)同工作，這在技術(shù)上是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

“氣體燃料技術(shù)路線的選擇和原理試驗(yàn)的開展，對我們來說都是從無到有?！瘪勂饸鈶B(tài)燃料火炬的研制過程時(shí)介紹，他們從火炬燃燒基本原理出發(fā)，選擇了多種氧化劑、燃料配比方案，反復(fù)開展試驗(yàn)研究和驗(yàn)證。

為快速建立試驗(yàn)條件，研制人員買來高1.5米、長2米的魚缸，通過對火焰形態(tài)的觀察，逐漸找出燃料配比的最優(yōu)方案。最終他們僅用了3個(gè)月時(shí)間就拿出了一個(gè)可行的原理樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)氣體火焰在水下的燃燒。

“這就是我們想要的樣子?！痹谒聜骰鹧菔局?，水下飄動(dòng)的火焰讓冬奧組委成員眼前一亮，現(xiàn)場爆發(fā)出熱烈的掌聲。

在冰上安營扎寨

眼看火炬?zhèn)鬟f日期臨近，可靠性測試迫在眉睫。但當(dāng)時(shí)北京的湖面剛開始結(jié)冰，測試條件受到限制。為模擬真實(shí)的水下傳遞環(huán)境，研制團(tuán)隊(duì)來到沈陽撫順大伙房水庫，在冰面上開展試驗(yàn)。

這一過程只能用“驚險(xiǎn)”二字來形容?；鹁嫜兄茍F(tuán)隊(duì)成員高麟回憶，進(jìn)入大伙房水庫，所有的平面都是冰面，人行走在冰面上，車子開在冰面上，甚至連帳篷也搭建在冰面上。

有一天，氣溫稍高，水面漸闊，冰層漸薄，開始冰裂。冰層裂開的聲音有節(jié)奏感，好像DJ音樂，有的如擊鼓“咚咚咚”，有的如射擊“砰砰砰”，響徹山谷?！白呓虐l(fā)現(xiàn)原來是車輪底下的冰在震，整個(gè)冰架都在震動(dòng)。”高麟說，如果下面的水涌上來，就只好停工。

更多時(shí)候，他們都是在搶時(shí)間、趕進(jìn)度。太陽落山之后，他們還要再多加做一兩次試驗(yàn)。天黑之后冰面上尤其寒冷，團(tuán)隊(duì)成員在冰水中開展工作，即使戴著橡膠手套，不出1分鐘，手也會(huì)凍得不靈活了。

“你會(huì)發(fā)現(xiàn)大家不存在笑與不笑的問題，因?yàn)橐呀?jīng)基本凍僵了。”31所重點(diǎn)試驗(yàn)室主任李春光說，“大家身上貼著，手里拿著，甚至每個(gè)人的鞋墊里都放了暖寶寶來取暖?！?/p>

“雖然條件比較艱苦，但大家都是年輕人，事業(yè)心比較強(qiáng)，覺得試驗(yàn)成功比什么都值得。”李春光說。

2022年元旦，他們完成了同機(jī)器人聯(lián)合開展的首次戶外條件下的水下火炬?zhèn)鬟f，火炬燃燒器采用特殊設(shè)計(jì)，通過物理結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)特性對火焰進(jìn)行保護(hù)，防止水對火炬火焰的破壞，克服了綠色能源在水下燃燒困難的技術(shù)難題，讓奧運(yùn)圣火呈現(xiàn)水下燃燒的盛景。

2月2日，北京冬奧會(huì)火炬接力活動(dòng)首日，水下機(jī)器人傳遞圓滿完成，向世界展示了科技奧運(yùn)的獨(dú)特魅力。

來源：中國航天報(bào)