冬奥会比赛项目中的科学原理-冬奥会的科技

你知道为什么说北京冬奥会赛道上的雪来之不易吗？

雪象征着洁白、美丽，是冰雪运动的特点。容，寓意包容、宽容、交流互鉴。融，意喻融合、温暖，相知相融。容融，表达了世界文明交流互鉴、和谐发展的理念，体现了通过残奥运动创造一个更加包容的世界和构建人类命运共同体的美好愿景。

然而大家不知道的是，冬奥会举办来之不易，我们知道想要举办冬奥会，雪和冰是必不可少的，就算是在寒冷的东北，随着气候的变化，冰雪也可能会融化，这就可能产生很多不确定因素。

如果雪一旦融化，或者是硬度发生改变，这时运动员的滑板就有可能陷入松软的雪中，特别容易造成运动员受到伤害。

自然雪的性质极其不稳定，为了保证赛事的稳定性，必须使用人造雪。滑雪赛道要使用在国际上合格的“冰状雪”赛道。

冰状雪是一种高密度的雪，不同于自然降雪每立方米仅有200kg，冰状雪每立方米中含有约550kg雪花。

使用人造雪的作用就是减小运动员在滑雪时滑板和赛道之间的摩擦。就像赛车在专业赛道一样，保证道路平整，摩擦力也要到一个适中的状态。

人造雪能够实现硬度、含雪量以及雪的直径大小的改变，可以满足不同用雪比赛对雪花的需求。

冰状雪赛道能够让他们在优异的环境下最大程度发挥自身的实力，防止侧翻和急停，保障运动员的人身安全。

大家不知道的是是中国在2016年之前竟然无法造出一条合格的冰状雪赛道。国际对中国进行了技术封锁，不提供冰雪赛道的具体标准。

我国的冰雪事业在科研上远远落后于其它国家，同时举办国际赛事的经验较少。当时在请国际冰雪赛道的制作团队做指导的时候，他们只是踩一踩、捏一捏，然后告诉你不合格。至于为什么不合格，他们不会告诉你，没有冰状雪的含量标准，中国在这方面等于空白。

北京的气候并不利于雪花的存储，尤其在二月初气温不稳定，很可能因为过热或过冷导致雪花的硬度发生改变。要造出一条冰状雪赛道是一个很大的挑战，同时在维护方面也需要很高的科学含量。

比如在2010年的温哥华冬奥会，当时因为自然气候温度升高，所以导致冰雪赛道融化，导致很多项目都无法进行。

奥运会组织成员不得不耗费大量人力物力从山上运输大量自然雪回来，效果自然不理想。

索契冬奥会也因为雪融化延迟了冬奥会的举办时间。所以说人造雪是个难题

2017年，国家紧急召开滑雪赛道制作会议，组建冰状雪赛道攻克技术研究团队，在大家众志成城之下，相继有了很高的研究成果。

正所谓办法总比困难多，整个团队在2019年伊始进入云顶滑雪公园和“雪飞燕”高山滑雪中心等地进行工作。

试验区的温度超过了零下20摄氏度，但是科研人员却始终奋战在一线，每天一干就是11个小时。

在制作赛道时会通过压雪车进行反复的铺雪、压实以及灌水结冰等步骤。为了密度达到要求，一百厘米厚的雪要被压缩到十分之一厚度，而且赛道中还添加了特殊的防融化物质，正是为了降低冰雪的融化速度。

在日常维护方面，赛道的工作人员还会经常检查赛道的损失情况以及预测未来会发生的变化，保证赛道的安全性、持久性。从2017年到2021年结束，中国终于突破了这项艰难的人造雪技术，真正实现了用雪自由。

冬奥会采用的新科技是什么？

冬奥会采用的新科技是如下：

1、机器狗巡检，保障冬奥电力

考虑到疫情防控风险，在延庆赛区，将由机器狗和防撞无人机代替人工对场馆电力设施进行巡检。两类设备均装设了3D成像和红外检测装置，迅速捕捉电力设备的异常情况，同时通过5G通信方式，快速将现场设备运行状态传递到指挥中心，同时也解决了延庆赛区复杂山地环境和有限空间条件下，人工巡视困难的问题。

2、智能体温贴可24小时实时监测

各场馆防疫举措纷纷采取各种科技手段。北京通过组织科技防疫技术攻关、专家论证、现场测试等形式，在体温监测、环境消毒等环节，推进多项技术成果应用。

公共空间气溶胶新冠病毒监测系统可实现场馆内空气的病毒监测预警和快速检测，检测灵敏度比传统检测手段提高了3倍，同时在国家速滑馆、冰立方等场馆进行了相关测试。此外，还研发出了基于开源芯片、边缘计算等技术的多体征感知设备。

3、给场馆内空气做“核酸检测”

为了监测空气中的气溶胶，清华大学、北京大学、中国医学科学院病原生物学研究所、昌平实验室等科研人员开展紧急攻关，联合研制出公共空间生物气溶胶新型冠状病毒监测系统。目前，多台样本采集器已在冬奥会多个场馆“上岗”。

相较于给人做核酸检测，给空气做“核酸检测”并非易事。由于气溶胶样本体积大，空气中的病毒载量比较低，远远低于从人的咽喉直接采样，同时，病毒RNA稳定性差，这就要求收集方法要高效，检测方法要非常灵敏。

4、“发充储放”一体化充电站

国家高山滑雪中心在冬奥供电保障环境中具有低寒、积雪、温差大、地形复杂等特点，对电力设备的正常运行、运维人员的实时保障均提出了“低温”挑战。

为此，国网北京电力大力推进关键技术攻关，结合冬奥供电保障实际需求，创新研发出了适用于冬奥保电特点的新技术、新装备。位于延庆赛区的“发充储放”一体化充电站便是其中之一。

国网北京延庆公司发展策划部主任何彦彬介绍，国家电网冬奥发充储放综合示范站是国家重点研发计划项目“支撑低碳冬奥的智能电网综合示范工程”课题之一，采用了国内最先进的交直流混合配电网技术。

5、云转播采访可实现隔空对话

作为科技冬奥三大重点布局产业之一，云转播将重资产、高门槛的传统转播轻量云化，通过云化采编播技术，实现了转播设备云端化和人员服务远程化。除现场摄像设备以外，所有导切制作均在云端完成，只要有网络，导播人员就能够利用一台笔记本在任何地点连入云端完成信号制作。

云转播系统前端不仅支持专业广播级摄像机的信号采集，支持手机、非专业摄像设备等，同时支持其他系统流信号接入。现场信号通过5G方式回传到云端，在云端进行制作，并将最终的转播信号分发给多种平台，同时通过双云设备提供可靠性保障。通过云端的制作，提供专业的现场赛事摄像、导播和混音技术服务。

短道速滑“战袍”的科技含量

充满碰撞的短道速滑比赛中，超越、反超越，压线冲刺的激烈竞争让观众为冲金欢呼的同时，也在赞叹运动员的“战衣”固若金汤。

短道速滑比赛情况瞬息万变。实践证明，高水平运动员在比赛中使用的服装必须具备防切割功能。国际滑联对竞速类比赛服的面料有很严格的规定，按照EN388标准，竞速类比赛服装防切割等级要在二级以上，简单来讲，这个服装是冰刀划不破的。

出征本届北京冬奥会的中国短道速滑队，运动员的“战衣”是在国家重点研发计划“ 科技 冬奥”重点专项支持下，由北京服装学院刘莉教授团队设计研发。刘莉表示，该团队在“快、护、暖、美”的研发理念下，用材料“黑 科技 ”打造的完美冬奥“战衣”。团队参考了世界上100多种面料，最终成功研制出一种防切割面料。“它由两种性能的纱线复合而成。”刘莉说，材料兼具强韧、超弹两种性质。

“冬季竞速类项目中，0.01秒就可能决定奖牌的归属。而服装和装备是争取毫厘的途径。”刘莉说，高速的冰上滑行，需要对抗十级大风的空气阻力。因此设计速滑服，要从面料和剪裁下手，尽可能提升它的减阻性能力。

在电视画面上，观众可以清晰地看到，短道速滑服是紧身连体服，运动员在躬身状态下能保持运动姿态稳定。从专业角度看，这套服装的前身相比后身要具备更强的拉力。刘莉说，这套衣服一般由多种面料组成，结构上也要适度分割，最大限度满足运动需求等。

制作这套服装，过程也充满 科技 感。比如量体裁衣，不是简单靠尺子。团队利用3D打印技术为运动员建模，模拟出运动员在各种姿态下，皮肤的拉伸和形变。然后根据这些数据剪裁服装。

这套服装还要经受风洞考验，提前“吹吹风”。2020年，国家 体育 总局建成了四个 体育 风洞，对冬季运动项目的每支队伍都进行了运动姿态的科学化评价与矫正。超800小时的风洞测试中，团队对服装的面料和剪裁进行不断优化，最终将服装的减阻性能提升了10%。

“在短道速滑比赛服上，我们要考虑肌肉压缩、服装减阻等功能，整体使用新型的高弹防切割面料，由单向防切割升级为双向，在保持弹性的基础上，防切割性能提高了20%-30%，给运动员提供了全方位的防护。”刘莉说。

不光是短道速滑项目，在竞速类项目中，做好防护都是至关重要的。比如高山滑雪项目，运动员的速度可达到130-140公里每小时，在这种状态下，运动员还要穿越旗门、完成比赛规定动作，肩部、大腿、肋下的软组织极易受伤。

刘莉介绍，对高山滑雪训练防护服，他们采用新型柱状阵列式抗冲击结构和新型吸能缓震材料，研发出垫片、护片、背夹等护具，减少运动员穿越旗门时遭受的抽打伤害，以保护运动员。

此外，短道速滑、高山滑雪等竞速项目，运动员想要尽可能快速滑行，需要在服装的减阻面料工艺上进行研发。“要把工艺吃透，要将服装的肌理、凹坑结构、条纹结构进行不断优化。10%的减阻性能，在高水平赛事中给运动员带来的帮助，或许就是决定性的。而为了实现这10%，需要付出的则是100%的心血。”刘莉说。

北京商报综合报道