哪些高科技助力北京冬奧會
現(xiàn)代體育競技早已經(jīng)離不開高科技的助力，在本屆北京冬奧會中更是如此。從日常訓(xùn)練到比賽裝備，甚至細到運動員的手套乃至冰刀彎曲角度，都閃耀著時代最前沿的科技力量。
中國冬奧金牌背后的航天科技
2月5日晚，由范可新、曲春雨、張雨婷、武大靖、任子威組成的中國短道速滑混合團體以2分37秒348的成績率先沖過終點，為中國隊摘得北京冬奧會上的首枚金牌。在追求人類速度極致的短道速滑賽道上，勝負就在毫秒之間。這不但需要運動員的狀態(tài)、意志和彼此之間的默契，還有對于細節(jié)的把握——在高速的短道速滑運動中，運動員的動作以及姿態(tài)的些許變化，就能影響速度的快慢。
據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，在中國短道速滑這枚金牌的背后，有一個幫助運動員以完美姿態(tài)盡量消減風(fēng)阻的訓(xùn)練“神器”——風(fēng)洞。2019年國家體育總局與航天科技十一院深化合作，由航天科技十一院三所設(shè)計并建造我國首座體育風(fēng)洞。該所黨委書記王凱文介紹稱，這座體育風(fēng)洞于2020年建成，風(fēng)洞的口徑寬為2.5米，高為3米，測試段長度為8米，風(fēng)速相當于14級的強臺風(fēng)。
參與風(fēng)洞設(shè)計的航天科技十一院三所工程師鄭劉告訴《環(huán)球時報》記者，在設(shè)計體育風(fēng)洞的時候，設(shè)計人員調(diào)研大量的冬奧體育項目，在綜合考慮了雪車、雪橇、滑雪板等各種冬奧項目運動裝備的尺寸，以及部分奧運比賽項目運動裝備的尺寸后，最終確定風(fēng)洞的長寬高。而每小時151.2公里的風(fēng)速，也是考慮到冬奧會中速度最快的雪車項目最高時速就在150公里左右，完全可以滿足目前所有冬奧競速類體育項目的測試訓(xùn)練要求。
由于體育風(fēng)洞的使用對象主要是分秒必爭的運動員，所以其對精確性、安全性和舒適性的要求相較于軍工風(fēng)洞會更高。航天科技十一院三所軍民融合處研究員、體育綜合訓(xùn)練風(fēng)洞專家團隊成員李玉秋介紹稱，走進風(fēng)洞的每名運動員都是我們的‘國寶’。為了確保他們的安全，體育風(fēng)洞特意增強了安全方面的措施，比如盡量避免在風(fēng)洞內(nèi)部使用螺釘?shù)纫酌撀涞木o固件，以免飛出傷人；測試平臺周邊合理設(shè)置防護網(wǎng)，既不干擾測試又能防止運動員滑落；在陪伴測試的教練身邊加設(shè)急停按鈕，遇到緊急情況可以立即停車等。
此外，為方便篩選運動姿態(tài)，體育風(fēng)洞還具備拍攝存儲功能，能將一個時間點里的測力數(shù)據(jù)、畫面數(shù)據(jù)以及運動員姿態(tài)變化后重心變化情況等數(shù)據(jù)存儲下來，為教練員指導(dǎo)提供參考。運動員也能在眼前地板上的顯示屏里，看到自己的動作測試數(shù)據(jù)。
李玉秋告訴《環(huán)球時報》記者，美國、日本、瑞典等西方國家在上世紀就已將風(fēng)洞技術(shù)應(yīng)用于運動員的日常訓(xùn)練，我國在這方面的應(yīng)用起步較晚，但得益于我國航天技術(shù)的高速發(fā)展，目前我國的體育風(fēng)洞技術(shù)已經(jīng)完全趕超西方國家。
體育風(fēng)洞的神奇之處究竟在哪里？鄭劉告訴《環(huán)球時報》記者，以冬奧競速類項目為例，風(fēng)洞主要用于為減小運動員的風(fēng)阻提供試驗幫助。風(fēng)阻越小則速度越快，運動員消耗的體能也會越小。鄭劉介紹稱，在風(fēng)洞中開展測試時，運動員會站或者吊在結(jié)合運動項目特點而設(shè)計的六分量傳感器上，當風(fēng)洞制造的風(fēng)以相當于運動員運動速度的風(fēng)速迎面吹來時，就可以通過六分量傳感器測出不同動作姿態(tài)下阻力的變化，“例如速度滑冰項目，運動員稍微彎一下腰，或者是變換一下手勢，阻力的變化都可以通過腳下的六分量傳感器測得，然后變化的數(shù)據(jù)會顯示在電子屏上，運動員和教練員就會知道，哪個動作才能獲得最小的風(fēng)阻?！?/span>
“再比如跳臺滑雪項目的測試，運動員會吊在一個三自由度的懸掛測力傳感器上，隨著腳下雪板擺放角度的變化，以及腳背繃緊角度的變化，所引起的風(fēng)阻改變都可以精準測算出來。通過這套系統(tǒng)，就能找到風(fēng)阻最小的空中姿勢。在鎖定風(fēng)阻最小的動作和姿勢后，運動員再加以長期往復(fù)訓(xùn)練，就能形成肌肉記憶?！?/span>
李玉秋告訴《環(huán)球時報》記者，體育風(fēng)洞中的測力傳感器可以測到0.1牛的變化，運動員任意一個微小的變化帶來的阻力影響，都能精確地測量出來，“我們的目的就是要給運動員找到最佳的運動姿態(tài)，產(chǎn)生最小的阻力，以提高他的速度?！?/span>
據(jù)相關(guān)專業(yè)人員測算，如果空氣阻力能減少10%，運動員的成績便能提高1%，而在毫秒必爭的奧運賽場，1%甚至1‰的差距都有可能決定比賽的勝負，在2018年平昌冬奧會的鋼架雪車項目中，男子項目的第一名與第六名的成績差距只有1.2%。體育風(fēng)洞對于細節(jié)的精準把控，將讓運動員決勝于細微。
國產(chǎn)雪車擺脫對外依賴
事實上，風(fēng)洞技術(shù)還廣泛參與到中國冬奧運動員的日常訓(xùn)練中。航天科技十一院二所七室副主任賈毅透露，國家雪車隊此前在磨合訓(xùn)練中，使用的就是專門定制的雪車。據(jù)介紹，此前國家雪車隊的比賽用車不僅依賴于進口，而且也買不到性能最好的那一款，而國外比賽用的雪車都是根據(jù)運動員的自身特點量身定造的，我們即便能買到，也不過是普通的貨架款，性能要大打折扣。因此這次自行研制的國產(chǎn)雪車采用高抗沖碳/?；祀s復(fù)合材料，運用低風(fēng)阻高可靠的外形結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計。設(shè)計人員憑借多年設(shè)計導(dǎo)彈、飛行器積累的經(jīng)驗，運用空氣動力學(xué)，設(shè)計出雪車的基礎(chǔ)外形，然后再通過仿真計算、低速風(fēng)洞測試，不斷優(yōu)化外形和基礎(chǔ)部件。力促國產(chǎn)雪車裝備實現(xiàn)了從“無”到有，填補了國內(nèi)空白。
此外還有一款由小型導(dǎo)彈以及無人機的發(fā)動機“改造”成的冰雪運動訓(xùn)練裝備，已成功應(yīng)用于越野滑雪運動員的日常訓(xùn)練。設(shè)計人員接受《環(huán)球時報》記者采訪時表示，這套基于風(fēng)扇排出空氣產(chǎn)生反作用推力的空氣動力學(xué)原理，而設(shè)計研發(fā)的涵道風(fēng)扇噴氣動力的助推器，能夠根據(jù)訓(xùn)練的需要，為越野滑雪運動員提供輔助推力，使運動員能夠在訓(xùn)練中突破自身體能限制，開展各類極限狀態(tài)的訓(xùn)練活動。
據(jù)了解，這款助推器使用時，運動員僅需通過穿戴組件，就能將重約3.5公斤的助推器固定在背部，在動力裝置的推動下輔助訓(xùn)練。助推器的推力控制裝置具有手動控制功能，可人為實時地控制助推器的推力大小和啟停，從而在高速狀態(tài)去練習(xí)轉(zhuǎn)彎、變道，跳躍等技術(shù)動作，使運動員突破體能極限并形成高速狀態(tài)下的肌肉記憶。
高科技裝備“從頭到腳”
“你可以在幾乎沒有個性化設(shè)備的情況下參與夏季奧運會，然而冬奧會則是另一回事，你的成績往往取決于你的裝備。”在介紹高科技裝備對于運動員在冬奧會上獲得佳績的作用時，美國《華盛頓郵報》5日的這種說法或許有些“唯裝備論”，但不可否認的是，冬奧會不僅是對運動員競技能力的挑戰(zhàn)，也是對各國高科技能力的考驗。
報道以美國頂級短道速滑名將桑托斯為例介紹說，她全身都用高科技裝備武裝起來：戴著的短道頭盔類似流線型自行車頭盔，可以盡量減少空氣阻力；為防止飛濺的冰屑影響，她還戴著高性能護目鏡。在短道速滑比賽中，由于選手之間經(jīng)常接觸，手套主體是白色，方便裁判更好地判罰。桑托斯選擇用耐切割材料制成的專業(yè)手套，左手手套尖端用碳纖維制成，可協(xié)助她在轉(zhuǎn)彎時控制自己與冰面的摩擦。
運動員的服裝更是極有講究。在桑托斯的運動服里面，還穿著一套緊身連衣褲，能夠提供防割保護。“我們使用冰刀滑冰，有人被割傷并不少見，穿著這樣的防割服，即使有人被冰刀割傷，也可以大大降低嚴重程度?！?/span>
《日本經(jīng)濟新聞》6日稱，日本運動員穿著的高山滑雪服表面增加了縱向的凹槽，相關(guān)負責(zé)人宮下征樹表示，“開發(fā)靈感來源于海豚的皮膚”。他介紹說，高速滑行的高山滑雪項目容易受到空氣阻力的影響，而海豚游泳時，皮膚會發(fā)生凹凸不平的變化，以此減少水的阻力。應(yīng)用于日本代表隊的這種高山滑雪服采用了能隨著肌肉運動出現(xiàn)凹凸起伏的材料。日本女子速滑運動員身穿的滑冰服則使用了為針織布料貼上聚氨酯薄膜的不易延展的材料，這樣穿著時容易保持前傾姿勢，從而減少空氣阻力。據(jù)稱與上屆平昌奧運會的類似產(chǎn)品相比，它可使空氣阻力減少約3％。
剛奪得金牌的中國短道速滑混合團體同樣是用高科技武裝起來的。例如他們身穿的短道速滑比賽服由安踏自主設(shè)計，具備世界最輕、最透氣水平。這種運動服采用最新360度全身防切割技術(shù)，突破傳統(tǒng)局部防護，安全性大為提高，同時還具有高強度、輕質(zhì)化的特點，強度是鋼絲的15倍。整套服裝采用先進的空氣湍流控制減阻和邊界滑移減阻技術(shù)，在服裝表面使用異形結(jié)構(gòu)，將空氣迅速導(dǎo)流。相比普通滑冰服，減阻力提升5%-10%。從原來的雙層結(jié)構(gòu)改善為單層全身防切割，可以減少運動員負重。因此，這套跟空氣阻力戰(zhàn)斗、可以幫隊員們在風(fēng)馳電掣的比賽中減少空氣阻力的裝備堪稱“冰上鯊魚皮”。
冬奧會特有的冰刀、滑雪板等裝備，更是充滿神秘色彩。據(jù)稱，桑托斯的冰刀靴由碳纖維、超細纖維等特種材料手工制成，它略微向左彎曲——因為滑冰者只向左轉(zhuǎn)。每個運動員的刀片彎曲程度都是針對個人定制，具體數(shù)據(jù)嚴密保密。而花樣滑冰使用的刀片已經(jīng)從鋼材料改為碳纖維，從而可以更容易快速轉(zhuǎn)向。類似情況也出現(xiàn)在越野滑雪等項目中。報道稱，滑雪板底部需要涂蠟以提升滑行速度，但具體如何涂蠟，需要根據(jù)當天天氣條件，由專業(yè)人員制定方案才能保證最佳的比賽效果。