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(yōu)秀運動員，還有令人激動的創(chuàng)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(yīng)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(qū)，但想要辦好賽事并不容易，主要取決于天氣狀況，有時甚至?xí)蜓┝坎蛔銓?dǎo)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(fēng)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(yīng)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(jié)實，即使刮起暖風(fēng)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。卡爾加里冬季奧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(qū)，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(shù)，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(nèi)部安裝的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以根據(jù)天氣狀況自動調(diào)節(jié)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(jié)，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(yōu)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(fā)，獲得2018年“ISPO全球設(shè)計大獎”。ISPO（德國慕尼黑體育用品博覽會）始創(chuàng)于1970年，是目前全球規(guī)模最大、品類最齊全的戶外體育運動類展覽會。“ISPO全球設(shè)計大獎”作為唯一面向全球運動行業(yè)的權(quán)威評選，旨在幫助行業(yè)尋找在技術(shù)、設(shè)計和性能多個方面最具有突破性表現(xiàn)的運動用品，每年的獲獎產(chǎn)品都吸引全世界媒體和行業(yè)的關(guān)注。

“雷霆之星”短道速滑比賽服專為奧運賽事研發(fā)，是世界上最輕、最透氣的速滑比賽服之一，體現(xiàn)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(tǒng)的雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，只是在人體關(guān)節(jié)處應(yīng)用了局部防切割材料。但安踏這款新研發(fā)的比賽服，無論面料、設(shè)計還是版型均有巨大突破。它采用單層結(jié)構(gòu)設(shè)計，減輕自重，比傳統(tǒng)比賽服的質(zhì)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(tǒng)防切割材料質(zhì)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(lián)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(fā)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(zhàn)。這款高科技滑冰服雖然外形與普通滑冰服并無太大區(qū)別，但通過“傳遞模壓法”在衣服表面造出大量細小的凸起。經(jīng)300個小時的風(fēng)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(shè)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(fā)，使用了當時最新的空氣動力學(xué)和航空航天工程學(xué)技術(shù)。研發(fā)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(jù)收集到的數(shù)據(jù)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(chuàng)建一個流體動態(tài)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(wǎng)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(shè)備：確保公平公正

科技發(fā)展不斷引領(lǐng)奧運會從人工計時走向機器計時的發(fā)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(shè)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(chuàng)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(yīng)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(jié)果的是由光感應(yīng)攝影機測定的時間。

2018年平昌冬季奧運會的計時設(shè)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(shù)百千米的電纜和光纖構(gòu)成。它們通過精準評估奧運選手的賽場表現(xiàn)，體現(xiàn)奧運會競技的公平性和計時技術(shù)的進步。

在冰球比賽中，位于冰場計時臺上的計時記分系統(tǒng)通過一系列冰上監(jiān)測系統(tǒng)，將所有重要數(shù)據(jù)實時發(fā)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(shù)據(jù)信息，并將視頻信號實時發(fā)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(fēng)，“哨聲監(jiān)測系統(tǒng)”可以讓他們通過麥克風(fēng)與計時臺的記分員溝通交流。當哨聲監(jiān)測系統(tǒng)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(shè)備

高科技設(shè)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(jié)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(zhì)量極輕且性能可靠的異頻雷達收發(fā)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(xiàn)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(jù)異頻雷達收發(fā)機的記錄，確定完賽時間與最終排名。有如此高超的技術(shù)，無論多微小的差距，都能被計時設(shè)備準確地判定。換句話說，將避免并列獎牌得主的出現(xiàn)。

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(fā)機，最終經(jīng)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(shè)備卻能幫助裁判員公正執(zhí)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(zhì)量最大的為19.96千克。冰壺比賽展現(xiàn)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(fā)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(shù)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(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)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(shù)。一把小小的刷子經(jīng)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(zhì)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(lǐng)域的碳纖維材料已經(jīng)應(yīng)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(zhì)量輕、強度大、耐腐蝕、耐高溫、耐低溫和剛性大等優(yōu)點，用它制造的碳纖維雪橇在任何環(huán)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(shè)計人員采用類似跑車的設(shè)計理念，將更輕、更快、更穩(wěn)定作為終極追求。他們用碳纖維材料打造雪橇骨架，根據(jù)人體工程學(xué)，通過精簡內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(dǎo)片，同時重心更低以保證高速滑行中的穩(wěn)定性。它采用航空工業(yè)高級烤漆工藝，將所有圖案都內(nèi)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(shù)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(fā)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(yīng)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(yīng)和控制到位并提高滑行速度，必須運用減震技術(shù)。其中的核心技術(shù)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(tǒng)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(fā)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(jié)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(nèi)保持穩(wěn)定的物理性能。新型減震器能將滑雪板的震動系數(shù)降低40%，并且在-30℃～-10℃的溫度范圍內(nèi)保持性能穩(wěn)定，極大地提高了滑雪板的穩(wěn)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(tǒng)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(wěn)定，從而取得優(yōu)異的成績。