北京的鸟巢体育场就要被奥林匹克圣火照亮了。
体育场4层的大阳台上满当当放着一排控制台，这里视野开阔，能看到主火炬全貌。2022北京冬奥会开幕式总导演张艺谋坐镇指挥，导演组精心设计的开幕式压轴环节就要到来。这时，操作台旁的王亚飞听到对讲机里传来指令，“核心装置启动。”
王亚飞负责操作指挥主火炬，他们整个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。航天科技集团也是2022年北京冬奥会冬残奥会开闭幕式技术支持保障实施单位。
冬奥会旗入场，追光灯跟随6名旗手入场，在距离鸟巢体育场地面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，露出藏在地下的一片“雪花”。
奥运圣火将如何点燃，全世界都在好奇。
黑暗中，技术人员身着黑衣、动作迅速，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，实时状态反馈到控制室并接收指令，主火炬有了“神经”。然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”。两根威亚钢索将把这片“雪花”拉起，让它凌空起舞。
导演组发出指令，“雪花”中镶嵌的数百块异形屏亮起。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。
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”。手持火炬壳体内管道弯曲回绕，氢气沿管道流动，最后喷薄而出。
北京2022冬奥开幕之夜，一群研制火炬的航天人仿佛置身火箭“零窗口”发射现场。
苛刻的“艺术追求”
王亚飞和同事对张艺谋的印象是：70多岁，瘦削且忙碌。导演组的想法总在变，对技术方提出的要求很苛刻，一些“艺术追求”往往很难实现，这样的艺术家让他们有些不适应。
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。烷烃的主要来源是石油和天然气，价格便宜且燃烧热量高。氢能利用涉及“制备、储存、运输、应用”多个环节，对氢能综合利用水平提出要求。
氢能是世界公认的清洁能源，燃烧产物只有水，其能量密度是石油的3倍、煤炭的4.5倍，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。
利用氢能是航天的强项。目前，大陆最大火箭“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。
“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，于是在前期关键技术预研阶段，考虑最小氢燃料耗量也要达2000立方米/小时。
张艺谋导演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，他是总导演张艺谋的老搭档。
负责主火炬燃烧系统的韩宗捷被这句话困扰着，导演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。
接到冬奥项目任务时，正值2020年春节，突如其来的新冠肺炎疫情把所有人困在家里。韩宗捷就地取材，在家里的煤气灶上用网购的微孔板做试验。有序复工后，同事们搭建起专业试验台，试遍了各类焰色反应剂。
红色、黄色、蓝色，团队最终做出了各种颜色的火。“还有绿色，纯绿色的火看起来特别瘆人。”韩宗捷说。
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。
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。
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。
距鸟巢50公里的航天器回收着陆地面综合试验场，放着主火炬的1:1样件。试验场属于航天科技集团五院508所，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”。
塔架能将“雪花”吊高近30米，高度与鸟巢内基本一致。前期试验时，各路领导、专家、工作人员走进试验场的围墙，主火炬方案也一次次迭代细化。
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，很神秘。一见有情况，附近的老大爷、老太太都揣着手前来打听。
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。
鸟巢内的主火炬点燃后，3个场外火炬台也撤掉围挡，与老百姓见面。
地面上流光溢彩，地面下暗藏乾坤。
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。
氢气的密度只有空气的14分之一，很容易“逃窜”，如果氢气在空气中超过一定浓度，可能会引起爆炸。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”。
项目验收前的一个下午，雕塑厂通知“雪花”做好了，张范把灯光打开，一眼就看出了问题：“不行，这有好几个漏光点。”其他人跑过去，眨巴眼睛，定睛望去才慢慢数出来：“这下面有一处，上面也有一处。”雕塑焊接处有绿豆大的缝隙，隐约露出里面的光点。
张范眼里的“雪花”，是电脑中的3D模型，是运输车上分件解构的金属碎片，是绑缚在脚手架间焊缝粗糙的雕塑，也是如今眼前10.6米高的火炬台。
“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，但是麻烦多了。
最大的压力来自导演组的要求，特别是总导演张艺谋，他除了到现场观看，还让团队分别在白天、夜晚带各种摄录设备拍摄，反复确认火炬台在镜头里的效果。
奥体广场火炬台的地上施工区靠近鸟巢，安保、消防部门天天到现场检查，车辆运输路线、时间、停泊点都有严格规定；地砖下埋着无数管线，更深处北京地铁8号线呼啸穿过。供电、消防、环保、疫情防控、特种燃料、交通运输……一个项目要跟十几个部门打交道，张范的手机平均每隔十分钟响一次，从中午开始就靠充电宝“续命”。
每隔两天，张范一定要抽空去奥森长跑，一边锻炼身体、一边排解工作压力。2022年元旦是火炬台施工的关键期，张范盯着现场进度，急得嘴角上火长泡。他本计划跑20.22公里迎接新年，但不小心多走了几步，数字跳到20.23公里。他说10米的误差也不行，要再跑一个完美的2022。
一辈子就这一次
往返40公里，韩宗捷经常在单位和六院101所间穿梭。踏进101所大门，一路上山，地势越来越高。山坡上的火炬试验厂房由一间闲置的实验室改造而成，夏天蚊子特别凶猛。
101所是国内最早进行航天氢能利用技术研究的机构，大陆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所已成为大陆产能最大的液氢生产单位。
“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。
北京冬夜天寒地冻，韩宗捷在厂房里裹紧羽绒服。他从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”。
熬到夜里9点，一起加班的几个兄弟冻得直跺脚。邢科是韩宗捷的备岗，冬奥项目的关键工作、重要场所，他俩都会一起出现。冬奥项目像一场马拉松。韩宗捷说，万一自己出了什么事，一定要有人能顶上。
有时候，韩宗捷也会错过一些重要场合。2021年的最后一天，经过专家组一上午的评审，冬奥主火炬项目顺利验收，所里订了蛋糕送到鸟巢体育馆，共同庆祝这一时刻，但韩宗捷和项目组几个骨干因为工作都缺席了。
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。
开幕式上音乐响起，所有人又重新回到第一次的悸动，“雪花”“飞扬”，外貌精致，内心火热，这是独属于冰晶雪花和奥运火炬的时刻，是北京冬奥浪漫的“冰与火之歌”。
图片来源：央视新闻、航天科技集团六院北京11所
文/本报记者 胡蓝月
视频/本报记者 张晓宁
配音/庞泽宇
编辑/贺喜梅
审核/杨成
监制/索阿娣