从冬奥看中国科技(二):造雪突围进行时

2023-09-24 26 0

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冬奥会比赛正进行得酣畅淋漓,谷爱凌、苏翊鸣、武大靖等冬奥健儿在赛场上滑翔、跳跃,奋力拼搏,为我们带来了一幕幕精彩的竞技与感动。

荧幕前的精彩离不开运动员平日的苦练,也离不开冬奥会场的各类后勤保障。这场家门口的体育盛事,背后饱含一系列的科技缩影。比如超高速的猎豹相机、人工造雪的核心技术等。我们可以通过这些技术与设备的突破,透视这场大型体育赛事背后中国科技与产业的数字进程。

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冰与雪是冬奥会中最基础的底色与灵魂,运动健儿们在赛场的每一次滑行、跳跃都离不开冰雪的基础设施保障。冰雪基础设施不仅是支持运动健儿正常发挥的基石,也是评判赛事是否能够成功举办的关键。

在冬奥科技的巡礼过程中,我们这次为大家带来冰与雪的技术攻克之旅,通过这场从无到有的零突破,感受一下科学家们不断突破、硬核攻关的精神和塑造的产业可能。

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掌控核心技术的价值必要

常规处理手段造出来的雪,例如现今各大滑雪场的造雪,是完全达不到赛事标准的。据介绍,造雪机造出来的雪密度通常在每立方厘米0.1克至0.4克,而赛事需求的冰状雪密度需要达到每立方厘米0.65克,若大于这个密度,雪就会变成冰。

当然造雪机的密度达标了,也仅仅只是开始。雪要多厚,需要注入多少水量,压实几层等具体的参数都是黑匣子。有关冰雪的科研,我们起步得较晚。那么,如果借鉴已经举办二十多届的冬奥相关技术,不可以吗?还真不能。多方的障碍困境和发展的需求,共同织就了掌握核心关键造雪技术的必要性。

1.举办奥运的每个城市都有不同的气候条件,没有一套可以普遍适用的技术去应对。不同的比赛场地,都有不同的气候条件,不同的经纬气候条件雪的质量也会完全不同。另外天气的因素也会使得赛场的雪质千变万化,比如2014年的索契奥运会,因为气温的原因,出现了时间的延误与调整。冬奥会这类世界级别的大型体育赛事对雪质量有一套严格的标准,不能达标就无法举办大型赛事。因此必须根据举办地的气候特点研发配套的专属造雪技术。

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2.国际现有的顶尖核心造雪技术与设备等,都被掌握技术的国家封锁。核心的技术对于国外的团队来说,是垄断大型赛事造雪的机密与摇钱树,不会轻易地分享给其他国家。参观学习什么的想都不用想。检测验收的环节也不会告诉你衡量的标准,只会告知结果,剩下的你猜。而这种情形就非常被动,除了迎难而上没有别的办法。

3.掌握核心的雪务保障技术,可以针对性地为我国运动员设计专属的训练场地与雪道,提高应战技术水平。在这其中不仅仅是开支与成本层面的考量,掌握核心的技术,对于运动员的长期训练与教练的培训来说,也十分重要,需要雪务方面长期的后勤保障。

无论是因为经纬地理位置与气候条件的客观限制,还是冰雪科技强国的技术垄断,核心的造雪技术没有可以借鉴的范式,而成为体育与技术强国的需求,不断驱动着我们必须啃下这块硬骨头,为未来的冰雪产业创造出更多的可能。

实现冰雪取用自由

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雪务保障是大型体育赛事最基础的工作,也是最重要的工作,决定了赛事是否能够成功举办。优质的冰雪赛道,可以为运动员的好成绩创造土壤,也能为竞技体育的激烈赛程增加看点。

冬奥会的比赛,竞技项目的雪几乎全部是人造雪。这不仅仅是为了摆脱靠天吃饭的不确定性,增加时间与空间的可控性,也是为了提高雪的质量。人工造雪可实现粒径、含水量、硬度的可控与变化,因此可以满足不同比赛场地需求,并且也适用于大多数雪上比赛项目。

但人工造雪的核心技术尤其是冰状雪技术一直被国外团队封锁,甚至赛道雪的参数标准我们也无从得知,只能自己埋头进行攻克。2015 年 6 月,国际奥委会在肯定北京具备举办赛事能力的同时,提出延庆和张家口赛区必须依赖人工造雪。但是在2015年之前,国内的很多专家甚至都没听说过人工造雪核心技术“冰状雪”的概念。高质量的冰状雪成为困住我们冰雪产业的一道难关。

而冬奥会的举办加速了我们冰雪技术研究的攻克进程。在这个大考背景下,经由中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室牵头,联合国内从事冰雪技术研究、冰雪教学、雪务规划、滑雪设备制造等领域的单位和公司,组成科研项目团队,向制造中国自己的“冰状雪”发起攻关。

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一条合格的冰状雪道,要经历反复地铺雪、压实、注水结冰的步骤。整个造雪过程分解来看看似简单,只需要铺雪、注水就行,但铺多厚的雪,隔多久注水、注多少水等都无具体参数,为此,研究团队常常要在零下20摄氏度的环境中工作十几个小时来反复观测、试验。

经过四年时间的打磨,团队建立了北京延庆、张家口赛区制造“冰状雪”的属地参数,从机理上搞清楚优质雪道的雪质要求,成功制造出适应大陆性季风气候特点的合格“冰状雪”。并且冰状雪赛道专业检测的设备——冰雪硬度测量仪和冰雪粒径测量仪等也实现了国产化。

工作人员会定期使用冰雪硬度计、冰雪粒径检测仪等检测赛道状况,保证赛道始终处于良好状态之下。

除了专业检测设备的助攻外,在雪道雪质检测中,科研团队也建立起密集的气象观测网络,结合雪道雪质数据等关键参数,用以雪质监测和预报技术,构建起赛道雪质等级判别模型。    

在过去,预测赛道雪质情况依靠的是雪上巡视员的观察,耗时耗力且不够精确。赛道雪质情况预测达到公里级分辨率就很难得,现在,模型能对雪道不同位置未来72小时百米级的气象条件进行准确预报,还能模拟和预报赛道雪质随时间动态演变过程。雪质等级的判别质量有了质的飞跃。

对于极端天气比如下雪、气温回升、下雨等非人力可控等气候,大型赛事的备选方案是储存雪。根据不同的气象条件,结合太阳光照射率等参数,在反复试验后,“雪务攻关团队”选出经济性和实用性最好的“土工布+泡沫塑料”方案为积雪“盖被子”。

2017年北京冬奥组委在延庆石京龙滑雪场开展储雪试验,经过整个夏季的“考验”,大概60%的雪被储存下来,从而为应对极端天气变化提供了保障。团队的方案甚至可以保障在气温高达二十多摄氏度情况下,雪道依然“冰清玉洁”,白色雪道与绿意盎然的大山可以共存。目前,“雪务攻关团队”已在首钢大跳台成功储雪5000立方米,以应对突发天气化。      

从造雪、保雪到储雪,中国完成了大型赛事雪务技术保障的从零到一,研究团队一路摸索攻克了人造雪的核心技术,自主打造的冰状雪赛道成为冬奥会的靓丽名片之一,也让我们的人造雪技术跻身世界前列。

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冰雪产业的“夯实机”

从对雪质的标准一片空白到冰状雪技术零的突破,这中间历经的考验与打磨,铸就了今日冬奥赛事的成功举行。而这也是我们科技力量与技术突破的缩影。

我们的雪务研究工作起步较晚、科研基础薄弱,高质量“冰状雪”生产曾障碍了我们与高水平赛事与冰雪产业的缘分。

现下,自主研究的核心造雪技术、储雪方案、国产雪车的零突破等,都成为了我们未来举办高水平赛事的王牌,也成为国内整个冰雪产业不断夯实的基石组成。《中国冰雪产业白皮书》数据显示,2019年我国冰雪产业规模已突破5000亿元。中国旅游研究院发布的报告显示,预计2021~2022年雪季,我国冰雪旅游收入将达到6800亿元,整个行业的产值也将超过万亿元。

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近几年大家可能都有切身的体会,体育文旅产业变得越来越火热。滑雪在近几年成为了冬日游玩的必选项。笔者的老家某十八线县城,近两年也跟风建造了两家滑雪场。从滑雪的收费来看,小县城的收入水平比较有限,但也挡不住大家滑雪的热情。尤其在寒假、春节期间生意火爆异常。

对于冰雪产业来说,基础设施的发展是产业的基石。我们在人工造雪、储雪与专业设备方面的突破,不仅填补了国产技术的空白,也为整个冰雪产业的发展带来新的机遇。

此前我们的造雪技术与市场一直被俄罗斯、意大利、德国等国家垄断,未来这些国家的设备与技术会逐一被国产化替代,而我们的技术与设备也会走向其他国家的大型赛事中。

拉长时间线的话,昂贵的设备和卡脖子的技术从此一去不复返,设备与技术的国产化趋势,不仅为“后冬奥时代”的滑雪赛道提供可供借鉴的范式,也会将冰雪娱乐延伸普惠到更偏远的地方,不仅增加大众娱乐的需求,也会培养出更多的“谷爱凌”“苏翊鸣”们。当然,对外我们也可以进行设备与技术能力的输出,为整个冰雪产业链增加价值。

在冬奥会这个最佳的世界橱窗中,造雪技术的突破与成就会为未来的冰雪产业增砖添瓦,也让中国的技术突破能力和影响力辐射世界。

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