奥运火炬传递标志着奥运会的标志性开端。前奥运选手和公众将奥运圣火从雅典一路传递至开幕式，象征着奥运会的正式启动。
从 1936 年柏林夏季奥运会和 1952 年奥斯陆冬季奥运会开始，每一届奥运会都会推出新颖的火炬设计，以反映主办国的特色，并在火炬传递过程中展示奥运圣火。今年，奥运会将于 7 月 23 日在东京点燃“庆祝圣火台”拉开帷幕。预计将在东京时间晚上 8 点过后，即东部夏令时间早上 7 点举行。
制造一个独特、实用的火炬是一项艰巨的任务。在希腊首次点燃奥运圣火之前，必须为火炬接力中的每一位跑者制造相同的火炬。整个设计、建模、原型制作、测试和制造过程实际上在奥运会开始前的几年就已经启动了。
奥运火炬的设计
奥运火炬的基本要素很简单。它必须包含燃料罐和排放系统，以支持火焰燃烧；奥运圣火在燃烧时必须清晰可见，并在极端条件下不易熄灭；并且它必须重量适中，形状易于握持。除此之外，特定主办城市的独特设计由组委会决定。
普通火炬的长度通常在 15 到 32 英寸之间。过去的材料多种多样——近年来铝一直是热门选择，但各种天然木材、其他金属、玻璃和树脂都曾被用于制造火炬。
设计团队向组委会提交创意作品集，然后组委会选出少数入围者。据伦敦 2012 年火炬背后的设计工作室 Barber Osgerby 的联合创始人 Jay Osgerby 介绍，入围团队会在短时间内提交一份关于如何获取所需材料和制造设计方案的计划。
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每一支火炬的设计都考虑到了主办国。以东京 2020 火炬为例，设计师吉冈德仁的灵感来源于日本的传统花卉——樱花。据东京组委会介绍，吉冈德仁还将火炬由 2011 年东日本大地震和海啸后建造的临时住所回收的铝材制成。每支火炬约 30% 的材料都含有这种回收铝。
历届奥运火炬设计：伦敦和盐湖城
2012 年伦敦奥运会，火炬的三角形设计象征着奥运会的卓越、友谊和尊重三大理念，以及“更快、更高、更强”的格言，同时纪念伦敦第三次作为主办城市。每支火炬还设有 8,000 个孔，代表 8,000 名火炬手和从希腊出发，贯穿英国和爱尔兰的 8,000 英里接力路线。
2002 年盐湖城冬奥会的火炬采用了做旧的金属质感，象征着美国西部，并使用铜来代表犹他州的悠久历史。初步概念确定后，2002 年的火炬被移交给佐治亚理工学院的一个团队进行 3D 建模和原型开发。工业设计高级讲师 Tim Purdy 领导了建模团队。他表示：“我们使用了一些 3D 打印技术，制作了火炬的两个原型。”原型制作的进展仅限于 3D 打印的能力。“当时 3D 打印行业还没有能够承受极端高温的材料，所以我们不得不采用更传统的方法，”Purdy 在谈到从原型到制造的转变时说道。
即使在 2012 年的伦敦奥运会，也曾考虑过大规模 3D 打印火炬，但最终放弃了，转而采用更可靠的金属焊接和激光钻孔技术。火炬设计师之一 Osgerby 表示：“对组委会来说，重要的是火炬技术要能代表英国的技术水平。当时，3D 打印和激光烧结技术在汽车行业、一级方程式赛车和航空业发展迅速。”尽管 Osgerby 认为激光烧结是一种有前途的选择，但组委会最终认为这项技术太新，不能承担失败的风险。
为奥运圣火提供燃料
与火炬的外观设计同等重要的是，为顶部的火焰提供燃料的燃料罐系统的内部运作。事实上，根据与 Barber Osgerby 合作设计伦敦 2012 年火炬的工程公司 Tecosim 的说法，决定燃料类型和燃料系统的第一个指标是燃料罐的大小。燃料罐决定了在美学设计中的可用空间，以及产生至少 10 英寸高、燃烧时间至少 10 分钟的黄色火焰所需的燃料量。
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在选定燃料罐后，下一个考虑因素是使用的燃料类型。最近七届奥运会火炬的燃料是丙烷、丁烷或两者的混合物。Osgerby 表示，伦敦 2012 年火炬的设计者曾探索过一种绿色燃料替代方案，将大象草和椰子油混合，但由于点燃和熄灭火焰的挑战，最终在最终火炬中被放弃了。里约 2016 年的设计团队也研究过乙醇生物燃料的替代方案，但由于在恶劣天气条件下火焰亮度不稳定而未能实现。最终，两个设计团队都选择了丙烷和丁烷的混合物。
虽然丁烷在比丙烷更低的压力下储存，但它需要更高的温度才能从罐中的液体转化为气体，才能输送到火焰中。另一方面，液态丙烷在大约 -40°F 的温度下蒸发成气体，因此选择了 55% 丙烷和 45% 丁烷的混合物，以平衡罐内安全的燃料压力和较低的蒸发温度。
Tecosim 表示，燃烧器系统本身与热气球非常相似。液化气体通过一根长长的输出管从罐中排出，该输出管沿着火炬的长度向上延伸。然后，燃料被分配到一个不锈钢盘管中，该盘管围绕着火炬顶部的燃烧器单元，就在火焰底部下方。在这里，燃料被快速加热，从液体转化为气体，然后通过燃烧器喷嘴输送到火焰中。
最后，气体通过燃烧器单元中的特殊阀门释放。Tecosim 表示：“阀门经过设计和校准，允许气体和空气以精确的比例混合，以产生所需的黄色、非常可见的火焰。”
由于燃料是以液体形式从油箱中提取的，因此维持火焰所需的燃料流量保持不变，“火炬火焰提供的高热量使得液体在到达燃烧器喷嘴之前就蒸发成气体，”工程公司解释道。
虽然所有燃气奥运火炬的原理都是相同的，但设计和比赛季节的关键因素会带来特定的工程挑战。Tecosim 说：“例如，都灵 2006 年冬奥会火炬的设计主要是实心主体，燃烧器头部封闭，而伦敦 2012 年夏奥会火炬的设计则有许多穿孔，燃烧器头部是开放的。”因此，每个火炬系统都是独一无二的。
火炬测试：风和极端温度
除了美学和技术原型开发外，火炬还经过各种测试，以确保火焰能够承受极端天气条件、高海拔，甚至在传递过程中掉落。
Osgerby 说，在伦敦 2012 年火炬的测试中，测试在慕尼黑的宝马风洞中进行。火炬在 23°F 到 104°F 的温度、高达 50 英里/小时的风速、各种湿度、模拟的倾盆大雨和降雪条件下进行了测试——所有这些都在火炬相对于风洞气流的不同角度下进行。Tecosim 表示：“为了支持气候风洞测试，我们使用了一个大型工业风扇和定制喷嘴来提高气流速度，完成了数百小时的火炬气流测试。”
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此外，火炬还从 10 英尺的高度摔到混凝土地板上，并在斯诺登尼亚山顶进行了海拔测试，那里的风速超过 50 英里/小时。这些测试是火炬审查的典型程序。
火炬的大规模制造
开发奥运火炬漫长过程的最后一步是制造火炬接力所需的数千支火炬。制造商，与设计一样，每年都会根据所需的材料和规格而变化。
Purdy 表示，2002 年，户外装备制造商 Coleman 生产了火炬的金属部件，而玻璃顶部则从海外供应商处采购。2012 年，制造物流由总部位于英国考文垂的工程公司 The Premier Group 负责。每支火炬在扩大火炬设计规模时都面临独特的挑战——对于盐湖城，玻璃顶部非常易碎；对于伦敦，则购进了一台新的激光切割机，以切割 8,000 支火炬所需的 6,400 万个圆圈。
火炬的设计者之一 Osgerby 说：“我们实际上买了一台新的激光切割机，每秒能切割 16 个孔。”最终的激光切割产品于 2012 年 5 月在火炬接力的第一站亮相，并在 78 天后在开幕式上进行了最后一次亮相，通过在伦敦点燃奥运圣火正式开启了奥运会，并延续了其独特前任的传统。
