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              冬奧會炫酷裝備,你了解嗎

              2022-01-26 20:38李忠東
              科學24小時 2022年2期
              關鍵詞:冰壺雪橇滑冰

              李忠東

              在冬季奧運會上,大展身手的不僅僅是來自世界各地的優秀運動員,還有令人激動的創新科技。競技場已不再是單純的體能、速度和技巧的比拼,而更多依靠科技和智慧的力量。歷屆冬奧會承辦國都會投放應用一批高科技裝備,力爭獻上最精彩的賽事??萍疾粌H能改變生活,而且也給冬奧會帶來了令人驚艷的變化。

              造雪機:解決“靠天吃飯”難題

              冬奧會是一場舉世矚目的冰雪盛會,很多項目都在戶外進行,天氣起著舉足輕重的作用。盡管冬奧會舉辦地大都選址在氣候寒冷、冰雪充裕的地區,但想要辦好賽事并不容易,主要取決于天氣狀況,有時甚至會因雪量不足導致比賽中止。1980年2月,在普萊西德湖冬季奧運會上,雪量不足的問題使組委會大傷腦筋。因為這年冬季,普萊西德湖的降雪量很少,組委會只好在冬奧會歷史上首次采用了造雪機來造雪。但老天好像故意刁難似的,人造雪剛制備好,開幕前一天就下了一場暴風雪。因為人造雪和天然雪很難融為一體,組委會又不得不組織大量人力清掃。

              在1988年舉辦的卡爾加里冬季奧運會上,一系列新的科技裝備得到了應用,尤其亮眼的是花費了近400萬美元采購的由計算機控制的造雪機。此外,組委會還在人造白雪中加入了一種類似酵母的細菌,使晶瑩的雪花更加飽滿結實,即使刮起暖風也不易融化。由計算機控制的造雪機是冬奧會歷史上巨大的科技突破,解決了歷年來各屆冬奧會組委會的難題??柤永锒緤W運會賽事之一的高山滑雪比賽,就在一塊完全由人工造雪的場地上進行。比賽期間氣溫曾高達18℃,全靠造雪機幫忙。

              2014年,第22屆冬季奧運會在俄羅斯索契舉辦。這座城市處于亞熱帶地區,是冬奧會史上最溫暖的舉辦地。這屆冬奧會組委會在防備高溫和儲備冰雪方面真可謂煞費苦心。一方面,他們利用反光隔熱技術,花費2.5億盧布緊急儲存了45萬立方米的積雪,即使碰上百年未遇的暖冬也能讓賽事順利完成。另一方面,進口了450臺造雪機,安裝在離索契大約40千米的“玫瑰莊園滑雪度假村”,自由式滑雪和單板滑雪等項目在那里舉行。與以往的造雪機不同的是,這些造雪機內部安裝的自動調節系統可以根據天氣狀況自動調節造雪的過程,即使在20℃的氣溫下依然可以制造出適合比賽的冰雪。造雪所需的用水來自附近山脈的一條溪流和兩個人工湖,共計使用了約2.3億加侖水。為了給小水滴更長的時間去凍結,還建造了用于將造雪機升高的高塔,雪花從高處飄落,給人以自然降雪的錯覺。

              索契冬奧會上的造雪機

              智能比賽服:減少體能消耗,提升速度

              在2018年平昌冬季奧運會上,中國短道速滑選手武大靖以絕對優勢獲得金牌。當時他穿著的“雷霆之星”短道速滑比賽服,由我國安踏集團自主研發,獲得2018年“ISPO全球設計大獎”。ISPO(德國慕尼黑體育用品博覽會)始創于1970年,是目前全球規模最大、品類最齊全的戶外體育運動類展覽會?!癐SPO全球設計大獎”作為唯一面向全球運動行業的權威評選,旨在幫助行業尋找在技術、設計和性能多個方面最具有突破性表現的運動用品,每年的獲獎產品都吸引全世界媒體和行業的關注。

              “雷霆之星”短道速滑比賽服專為奧運賽事研發,是世界上最輕、最透氣的速滑比賽服之一,體現了中國品牌在冰雪運動裝備方面的實力。以前的短道速滑比賽服采用傳統的雙層結構設計理念,只是在人體關節處應用了局部防切割材料。但安踏這款新研發的比賽服,無論面料、設計還是版型均有巨大突破。它采用單層結構設計,減輕自重,比傳統比賽服的質量輕30%,可減少運動員的體能消耗?!袄做恰庇么笥阡摻z強度15倍的特殊紗線制成。這種紗線比尼龍輕30%,比丙綸輕45%,密度高且富有彈性,顏色豐富,突破了傳統防切割材料質量重、彈性差、顏色單一等局限性。此外,新型面料由多組成分混紡而成,防切割性能高于國際滑冰聯合會的標準要求,極大地保障了運動員的安全。另外,3D立體裁剪減少了運動阻力,有利于運動員更好地發揮水平。

              “雷霆之星”短道速滑比賽服

              美國“馬赫39”滑冰服

              在2014年索契冬季奧運會上,美國速滑運動員首次身著“馬赫39”滑冰服出戰。這款高科技滑冰服雖然外形與普通滑冰服并無太大區別,但通過“傳遞模壓法”在衣服表面造出大量細小的凸起。經300個小時的風洞測試表明,這些凸起能夠有效改變運動員身體周圍的氣流,起到減小阻力和提升速度的作用。它由設在馬里蘭州的安德瑪公司與美國宇航局及軍火巨頭洛克希德·馬丁公司共同合作研發,使用了當時最新的空氣動力學和航空航天工程學技術。研發團隊首先利用高速攝像機捕捉速滑選手的冰面動作,接著根據收集到的數據制造玻璃纖維人體模型用以模仿速滑選手的動作,隨后依此創建一個流體動態計算模型,分析圍繞滑冰選手某些身體部位的氣流。為了便于釋放身體熱量,“馬赫39”滑冰服的背部脊柱部位用的是網格布,而大腿和腋下的特殊織物能夠減少65%的運動摩擦,讓運動員將更多的能量用在沖刺而不是抵消服裝摩擦上。

              計時設備:確保公平公正

              科技發展不斷引領奧運會從人工計時走向機器計時的發展。在1948年圣莫里茨冬季奧運會上,瑞士著名制表品牌歐米茄首次使用光電子眼設備。用于終點攝影的狹縫攝影機俗稱“魔眼”,拍攝的照片精確度極高,達到1/1000秒,解決了終點裁判憑肉眼無法判斷的勝負之爭。這一創新使麥布里奇線從此逐漸退出了奧運會賽場,這條線與機械秒表相連,只有被沖過終點的冠軍選手奮力撞斷,秒表才會停止。

              從2010年溫哥華冬季奧運會開始,歐米茄采用光感應攝影機來確定競速類項目中選手們的完賽時間。以速度滑冰為例,在選手的冰鞋滑過終點線的瞬間,計分板和電視屏幕上顯示的計時時間便會立刻停止,但最終作為官方比賽結果的是由光感應攝影機測定的時間。

              2018年平昌冬季奧運會的計時設備重達230噸,由30塊公共計分顯示屏、90塊各賽場的計分顯示屏和數百千米的電纜和光纖構成。它們通過精準評估奧運選手的賽場表現,體現奧運會競技的公平性和計時技術的進步。

              在冰球比賽中,位于冰場計時臺上的計時記分系統通過一系列冰上監測系統,將所有重要數據實時發送至記分板和其他接收端上。每位參賽選手背部都安置了一臺動作傳感器,它能在比賽中捕捉實時數據信息,并將視頻信號實時發送給電視機前的觀眾,或用于賽后分析。場上的裁判員都配有一個無線麥克風,“哨聲監測系統”可以讓他們通過麥克風與計時臺的記分員溝通交流。當哨聲監測系統捕捉到裁判員吹響的哨聲時,時鐘就會立即停止,比由計時員人工操作至少快半秒鐘。

              2018年平昌冬奧會期間使用的歐米茄計時設備

              高科技設備在幫助運動員提高成績的同時,也極大地方便了裁判確保比賽結果的準確和公平。在越野滑雪和速度滑冰的賽場上,每一位參賽者的雙腿上都會綁定一對質量極輕且性能可靠的異頻雷達收發機,以便歐米茄計時器在比賽過程中精準測定、記錄和公布參賽選手和團隊的中段成績與最終排名。一旦出現速度滑冰選手跨越終點線時冰鞋高于光電子眼的紅外線光束的情況,裁判將依據異頻雷達收發機的記錄,確定完賽時間與最終排名。有如此高超的技術,無論多微小的差距,都能被計時設備準確地判定。換句話說,將避免并列獎牌得主的出現。

              在索契冬季奧運會開賽第3天的短道速滑男子1500米決賽中,年僅17歲的我國小將韓天宇與韓裔俄羅斯名將安賢洙似乎同時到達終點。這讓場地裁判犯了難。好在他們都佩戴有異頻雷達收發機,最終經過電子眼測定,韓天宇滑出2分15秒055的成績,獲得亞軍,而冠軍安賢洙的成績只快了0.07秒。高手過招,只爭毫厘,這么一丁點差距,過去常會招致賽場糾紛,高科技設備卻能幫助裁判員公正執法。

              新式冰壺刷:具備“自帶記憶”功能

              在冬奧會賽場上,最神秘、高雅的項目莫過于冰壺運動。冰壺運動有“冰上國際象棋”之稱。冰壺球由不含云母的蘇格蘭天然花崗巖制成。它的周長約為91.44厘米,從壺底到頂端的高度為11.43厘米,質量最大的為19.96千克。冰壺比賽展現動靜之美、取舍之智慧,對參與者的體能與腦力是極大的考驗。

              每場比賽由兩支球隊進行對抗,每隊由4名球員組成。比賽共進行10局,兩隊按一壘、二壘、三壘及主力隊員的順序交替擲球。因為冰壺比賽的冰道并不是很平整,上面有許多小的顆粒,所以在一名隊員擲球時,會由兩名本方隊員手持冰壺刷在冰壺滑行的前方快速擦刷冰面,以減小冰壺與冰面的摩擦,讓冰壺走得更遠。同時,也可以利用冰壺刷使冰壺改變前進方向,確保冰壺能準確到達營壘圓心。同時,對方隊員為使冰壺遠離營壘圓心,也可在冰壺的前面擦掃冰面。

              自帶“記憶功能”的冰壺刷

              隨著科技的發展,冰壺刷不斷升級。英國冰壺隊曾在2002年鹽湖城冬季奧運會上奪得過女子冰壺金牌,在2014年索契冬季奧運會上收獲了一銀一銅2塊獎牌。該隊的核心技術之一就是自帶“記憶功能”的冰壺刷,上面裝有傳感器和一個記憶卡,可以記錄下擦冰手施加的向下力、刷子沿冰壺路線行進的距離,以及選手們的身體狀況等詳細數據。這些數據經電腦分析后,不但可以作為教練選拔隊員的參考,更為重要的是可以幫助改善運動員的感覺和技術。一把小小的刷子經過高科技的加持,在冰壺運動中扮演著越來越重要的角色。

              碳纖維雪橇:強度與剛度堪稱一流

              雪橇是冬奧會雪上項目的重要裝備,制造出質量更輕、強度更強的雪橇一直是重要的研究方向。如今,航空航天領域的碳纖維材料已經應用于雪橇器材。軌道雪橇速滑與一級方程式汽車賽一樣,競技過程非常驚險刺激,是一項唯速度論輸贏的比賽。碳纖維具有質量輕、強度大、耐腐蝕、耐高溫、耐低溫和剛性大等優點,用它制造的碳纖維雪橇在任何環境下都能使用,使用壽命也很長。

              寶馬公司為美國雪橇隊研制的碳纖維雪橇

              2008年冬天,寶馬美國分公司專門指派了一個工程師團隊,與美國頂尖雪橇隊合作,于2011年為美國雪橇隊打造了一款碳纖維雪橇,幫助他們在2014年索契冬季奧運會上摘得一枚銀牌。在這三年中,工程設計人員采用類似跑車的設計理念,將更輕、更快、更穩定作為終極追求。他們用碳纖維材料打造雪橇骨架,根據人體工程學,通過精簡內部結構使其更便于運動員在助跑階段過后“躍”入雪橇當中。新款雪橇擁有更加扁平的鼻錐和藏于雪橇腹部的氣流導片,同時重心更低以保證高速滑行中的穩定性。它采用航空工業高級烤漆工藝,將所有圖案都內嵌于漆膜之下,使雪橇的表面更加平整,阻力也隨之減小,是目前世界上已問世的滑行速度最快的雪橇之一。

              新型減震器:震動系數降低40%

              滑雪是冬奧會上最精彩的賽事之一,然而路面顛簸引起的震動成為影響運動員發揮的一大困擾。震動會使滑雪板底面彈離雪面,使運動員的控制能力和反應能力受到影響,減慢滑速。而要讓滑雪板緊貼雪面,確保運動員的反應和控制到位并提高滑行速度,必須運用減震技術。其中的核心技術就是通過減震器的耗能特性,來減少震動能量的傳遞。

              朱莉婭·曼庫索使用碳納米管制成的新型滑雪板滑雪。

              傳統減震器的制作材料為橡膠,極易受外界溫度的影響,溫度越低,橡膠就越冷越硬,減震效果也就越差。荷蘭帝斯曼集團發明的一種新型減震器,用一款特殊的熱塑性彈性體代替橡膠。這種高分子材料結合了塑料的可塑性和橡膠的高彈性,能在更大的溫度范圍內保持穩定的物理性能。新型減震器能將滑雪板的震動系數降低40%,并且在-30℃~-10℃的溫度范圍內保持性能穩定,極大地提高了滑雪板的穩定性,減少了運動員在操縱方向上的失誤。

              在2014年索契冬季奧運會上,美國高山滑雪運動員朱莉婭·曼庫索首次使用了一種新型碳納米管滑雪板。碳納米管具有輕便、高柔韌性和高硬度的特點,是制造滑雪器材的理想材料。由玻璃纖維和鋼等材料制作的傳統滑雪板,遇到震動時滑行速度會減慢,而采用碳納米管制作的高科技滑雪板,能很好地分散和緩沖受到的震動,幫助高山滑雪運動員在不平整的路面保持穩定,從而取得優異的成績。

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