【新华社客户端】快来感受一下，冬奥筹备的科技范儿！

2022年冬奥会脚步越来越近，健儿们正忙碌备战各项赛事。在竞技赛场上，科技扮演着越来越重要的角色。冬奥的筹备过程中，都有哪些“黑科技”？新华社记者通过采访背后的科技工作者，为您揭秘“冬奥筹备中的科技范儿”。

“快护暖美”！科技助力打造冬奥健儿战衣

新华社北京1月12日电（记者马晓冬）2022年冬奥会脚步越来越近，健儿们正忙碌备战各项赛事。而在他们的背后还有这样一群科技工作者，他们夜以继日为冬奥选手们打造运动“战袍”。综合减阻设计、高科技防切割面料、主动加热技术……一项项“黑科技”已经或即将运用于我国冬季运动项目中，让运动员在冰雪赛场上更快、更强！

2019年底，为了给中国运动员提供更加符合自身特点的装备，备战北京冬奥会，国家冬季运动服装装备研发中心在北京服装学院正式成立。

国家冬季运动服装装备研发中心主任、北京服装学院长聘教授刘莉说：“要在三年内从对冬季运动装备领域不熟悉，到最后要拿出优秀的成果来装备国家队，我们只能争分夺秒，时刻与时间赛跑。”

据介绍，北服团队作为牵头单位，联合6所高校、4个企业联合攻关，研究内容涉及纺织工程、服装设计与工程、机械工程 （摩擦学）、热物理、生物力学、体育科学六个学科，解决“快、护、暖、美” 四个关键技术问题，实现竞速类项目服装、防护材料及装备、耐低温保障材料及装备、技巧类项目服装四类产品创新。

2021年12月4日，刘莉在北京服装学院内的国家冬季运动服装装备研发中心服装展示区域处，展示团队研发出来的冬季运动服装。新华社记者马晓冬摄

“高速的冰上滑行，需要对抗相当于六至八级大风的空气阻力。”刘莉介绍，运动员驰骋冰场，一套专业速滑比赛服可以帮助其减少阻力。

“对于运动员来说，快0.01秒都是非常重要的。”刘莉说。

2021年12月4日，北京服装学院科研团队召开小组会议，分析讨论冬季运动服装下一步采用面料的情况。新华社记者马晓冬摄

冬季运动项目速度快、环境复杂，运动员损伤风险较大，主要有冲撞和刺割两类损伤，多个研发单位联合攻坚这一课题。研发团队参考了全世界代表性面料，最终成功研制出一种防切割面料。

“我们研制的防刺防切割面料是两种高性能纱线的复合，可以同时兼顾超强、超韧、超弹的性能。”国家冬季运动服装装备研发中心专项负责人张鸣雯介绍，“短道速滑比赛服全身使用防切割面料，可以全面保护运动员的身体。”

“之前运动员们在崇礼训练时，普遍反馈体感温度较低，达零下30摄氏度左右，影响了运动员训练。”刘莉介绍，团队目前主要通过两种途径解决“暖”的问题，一是提升纤维保暖率，二是使用主动加热技术，把电能量转化成热量。

“‘堡垒’综合保暖系统集防风、防水、透气、耐磨多功能于一体。”国家冬季运动服装装备研发中心专项负责人胡紫婷介绍，装备包含主动电加热护脸、马甲、手套、袜子、坐垫等，在零下30摄氏度的环境下，可持续作业8小时以上。

2021年12月4日，刘莉和其团队成员一起探讨冬季运动装备面料及工艺手法。新华社记者马晓冬摄

“花样滑冰的服装出问题会影响运动员比赛分数，一点都不能马虎大意。”刘莉说，花样滑冰每一件衣服都是根据音乐主题、舞蹈设计，融合服装高级定制元素，按照运动员身体尺寸定制。2021-2022赛季的花滑服装设计，设计师们根据曲目特点，有意识地融合中国传统服装制作技法，通过服装表达中国文化，讲述中国故事。

“在冬季装备制造领域，我们的设计能力、科技研发、实验评价平台等，近几年都有长足的进步。”刘莉介绍，这是一个国家综合实力的体现。正是依赖于这样的综合的实力，才能在短短三年内完成“不可能完成的任务”。（参与：刘雅萱 张泽文）

滑行助推器——我为冬奥冰雪训练“加速度”

新华社北京1月12日电（记者赵旭）在北京航空航天大学附近的一片开阔场地上，一名实验人员踏上滑板车，俯身目视前方，上半身几近与地面平行。他的背上有一个长约15厘米、直径约7厘米的银色桶状设备。设备尾部的风叶开始转动，滑板车逐渐提速，驶向前方。

在冬奥会筹备阶段，这一幕对于北京航空航天大学飞行器适航工程系副教授柯鹏及其团队来说，已是稀松平常。柯鹏介绍，他们反复模拟冰上运动场景，对助推器进行微调，持续优化这项冬奥科技。

2021年11月3日，在北京航空航天大学学院路校区附近的一处空旷场地，柯鹏（右）与他的硕士研究生张艺鸣（左）、刘畅飞进行助推器实验。新华社记者 任超 摄

柯鹏与团队研发的助推器主要帮助运动员开展超速训练。“实验人员所背设备由常用于航空模型飞机的涵道风扇改造而成。”柯鹏说。

“在速度类滑冰日常训练中，运动员感受到速度较高时，通常会下意识减速。教练员提出需求，希望能研发助推设备，用外力帮助运动员克服心理障碍，在高速运动过程中以不减速的方式完成滑行，达到更高的竞技水平。”柯鹏表示。

图为2021年11月3日拍摄的助推器。新华社记者 任超 摄

2019年起，在国家体育总局牵头下，柯鹏带领团队对接国家队冬奥训练科技需求，承担技术开发和相关服务保障工作。自此，研究飞机的团队与冰雪运动结缘。

“我们研发的这款基于涵道风扇的辅助推进装置，是一个典型的跨学科的应用，是将航空航天推进技术应用到了冰雪项目当中。”柯鹏说，“涵道风扇的基本原理和电动飞机模型使用的推进原理是一致的。利用电驱动带动风扇高速旋转，产生向前的推力，那么运动员背上这个设备，在滑行姿态下，所得的推力刚好是前进方向上所需的动力，这样就可以帮助运动员实现更高的滑行训练速度。”

看似简单的一项应用，在成型并落地使用前，都需经历一番“摸爬滚打”。柯鹏团队在前期结合冰雪项目中运动员实际运动情况，开展大量原理性分析计算，研发出初步样机。“我们先是在陆地上做滑板测试，后来请专业运动员进行初步的冰上尝试，这期间不断改进和优化装置。”柯鹏说。

2021年11月3日，在北京航空航天大学学院路校区附近的一处空旷场地，柯鹏的硕士研究生刘畅飞（左）为张艺鸣穿戴助推器。新华社记者任超 摄

除助推器外，柯鹏团队还研发出可测量冰面软硬度的高精度设备；针对高山滑雪，团队借助飞机空投装备时的数学模型，辅助运动员优化技战术……

航空航天技术与冰雪运动交融，奏出一支“可持续的乐曲”。未来，他们还计划让这些冬奥科技“出圈”，转化为面向大众的日常装备，助力冰雪运动普及。

“水立方”变身“冰立方”，是如何实现的？

2022年冬奥会期间，国家游泳中心“水立方”将变身“冰立方”，在泳池上搭建可拆装的冰壶赛道，承接冰壶比赛项目。

冰壶运动对冰面质量、场地环境及赛场保障有严苛的要求。国家游泳中心联合哈尔滨工业大学等组建科研团队，按照“水冰转换，双轮驱动”的策略，开展了结构、温度、湿度、照明、声学等方面的攻关和改造，实现了“冰场-泳池”复合型“双奥场馆”。

“最快可以10至20天完成装配式冰场结构的安装。”2015年以来，经过6年多的科研攻关与现场测试，哈尔滨工业大学土木工程学院教授张文元团队创造性地提出了冰水转换赛场的结构方案、设计详图、性能指标和评价体系。

2021年4月6日，运动员在进行冰壶项目测试活动。新华社记者 彭子洋 摄

张文元介绍，“水立方”变身“冰立方”分为“三步走”：首先是设计结构方案，实现在游泳池里“盖房子”；其次，将设计好的钢架构快速搭建起来，避免对泳池的损伤；最后，再将冰面快速精细调平。

“冰壶是比较‘娇气’的运动，任何微小的振动都会影响冰壶的运行轨迹。”为了保障新结构在比赛中的可靠性，哈尔滨工业大学土木工程学院副教授丁勇带领团队设计了结构安全健康监测系统，采用全面感知、智慧控制等手段，实现对冰面影响因素的全过程监控。

这个系统可以实时观测冰面结构的加速度、位移、应变、倾角等详细情况，并将数据实时传导到计算机监测系统中，方便第一时间掌握变化情况。

目前，“冰立方”结构自振频率不低于20赫兹，经过试验不会影响冰壶的运动，已在2019年全国青少年冰壶公开赛等多项赛事中成功应用。

北京冬奥会期间，国家游泳中心“水立方”将转换成“冰立方”，成为冰壶项目的比赛场馆。新华社记者 张晨霖 摄

张文元说，依托国家重点研发计划“科技冬奥”专项课题，团队已获得国家发明和实用新型专利14项，发表相关论文10余篇。

冰在阳光照射下容易融化，因此“水立方”半透明式的房顶，需要拉上一层可移动的窗帘。哈尔滨工业大学建筑学院教授陆诗亮说，为了找到合适的材料，团队反复模拟、实地试验，最终选择一种厚约0.26毫米的膜材材料，能够有效将游泳馆的高温高湿环境变成冰壶场的低温低湿环境，并降低热辐射对制冰系统运转的负荷。

值得一提的是，这层膜并非一张平整的大网，而是由几百块“小窗户”组成的。“‘水立方’的外观是水泡形结构的，设计时就临摹出每个水泡，给每块水泡的膜装上小边框，再完好地覆盖在上面，既美观，又精准。”陆诗亮说。

未来，国家游泳中心既可以举办国际级别的游泳赛事，也能够举办大型冰上赛事，还可以举办多种大众冰水娱乐活动，真正实现了“水立方”“冰立方”双轮驱动。（视频制作：伍越 李傲雪）

当滑雪头盔遇上航天“黑科技”

新华社大连1月14日电（记者蔡拥军、张博群）如何让滑雪头盔既轻便又具有更高的防护性能？为了攻克这一难题，大连理工大学科研团队将航天薄壁结构设计“黑科技”应用到头盔研发中，成功推出一款科技含量和颜值都在线的高性能滑雪头盔，助力我国体育健儿训练备战。

白色的外壳上配有蓝色的山水波纹图案，这款头盔掂量起来与市面上销售的滑雪头盔重量差不多，但其外壳硬、内壳软，防护性能出众，能够有效减少运动员的头部损伤。

大连理工大学运载工程与力学学部教授郝鹏说：“科研团队运用了曲线加筋变刚度的结构设计，改善了头盔受到冲击载荷以后的传力路径，其抗冲击效率更高，对运动员形成更好的保护。”

这项“黑科技”源于大连理工大学“结构强度与轻量化设计”国防科技创新团队十余年的技术积累。

郝鹏说，头盔需要在高度异形的曲面上加筋，每一簇曲筋涉及几百个设计变量。为此，科研团队在变量凝聚、图像驱动的智能设计算法等层面进行了攻关，保证了寻优效能。

在头盔的材料方面，科研团队选用了碳纤维、玻璃纤维、弹性体三种成分合成的新材料，在保持冲击韧度不变的情况下，头盔的刚度提高了4倍，拉伸强度提高了3倍。

“在短短一个月内，我们进行了6轮材料改性与测试。”大连理工大学运载工程与力学学部副教授李桐说，科研团队想用碳纤维提高抗冲击性能，但第一次做出来的头盔却像纸皮核桃一样，用手使劲一捏就碎，“碳纤维虽然大幅度提高了材料的硬度和强度，但也降低了韧度。”

为此，科研团队不断调整头盔材料的成分和比例。“经过多轮的测试，终于实现了头盔材料硬度和韧度的平衡。”李桐说。

大连理工大学科研团队研发的高性能滑雪头盔。（受访者供图）

此外，为了提高运动员佩戴的舒适度，科研团队搜集了多位我国滑雪运动员的头围数据，开展定制化设计。目前，这款高性能头盔已经投入到自由式滑雪空中技巧项目专业队的训练中。该项目教练李科说：“这款头盔降低了运动员在摔倒碰撞后发生脑震荡的风险，尤其保障了‘旱雪’训练的安全。”

当滑雪头盔遇上航天“黑科技”，两者碰撞产生了火花。“这次的攻关经历给科研团队带来了一些新启示，未来我们也希望碰撞出新的火花。”郝鹏说。

3D建模、风洞实验……高山滑雪背后的“科技范儿

新华社重庆1月5日电（记者柯高阳）呼啸的寒风从沟壑纵横的高山滑雪赛道模型上飘过，裹挟着的烟雾四散开来，描绘出“风的路线”……这项看似简单的实验，却与奥运赛场上滑雪运动员们的精彩表现息息相关。北京冬奥会即将到来之际，记者走进重庆大学风洞实验室，寻找高山滑雪项目背后的“科技密码”。

高山滑雪项目是雪场上速度最快的项目之一，自1936年起列入冬奥会比赛项目，被誉为冬奥会“皇冠上的明珠”。运动员们滑起来看似轻盈飘逸，要想摘金夺银却不容易，其背后涉及体育科学、人体运动学、飞行力学、空气动力学、最优化理论等多学科交叉。2019年起，由北京交通大学、重庆大学等多家高校和科研单位共同承担的“科技冬奥”专项课题针对雪场风环境进行研究，帮助滑雪运动员量身打造训练方案。

图为科研人员在进行风洞实验准备工作。重庆大学供图

“在高山滑雪比赛中，运动员利用势能从山顶滑行到山下的终点，用时少的则为优胜者。”研究团队成员、重庆大学风洞实验室主任闫渤文介绍，运动员在滑行过程中受到重力、空气升力和阻力、地面支撑力和摩阻力以及骨骼肌肉力等作用，赛道条件、雪况、风速以及滑雪装备的特性等都会对运动员的成绩产生影响。

在不同的风速风向条件下，滑雪运动员受到的力是怎样的，风荷载的情况是怎样的？怎样让风对运动员的影响更小，帮助他们取得更好成绩？这是科研人员需要攻关的现实问题。重庆大学土木工程学院院长杨庆山说，研究团队成员此前主要针对建筑、桥梁等固定建筑物进行试验，模拟竞技体育的风环境还是第一次；为了搭建真实准确的滑雪赛道模型，研究团队多次前往延庆冬奥会场地进行考察，结合实测数据运用3D建模手段建立起高山滑雪滑降运动的环境模型。

这还只是整项研究的第一步。要弄清风与力的关系，接下来的风洞实验是关键。重庆大学风洞实验室能够模拟的风速最大可达到35m/s，相当于12级飓风。记者目睹了其中一场实验的过程：直径4米多的风洞装置内，模拟雪场气候的寒风从装置的一头吹来，带动着点燃的烟雾飘过滑雪场模型。模型表面凹凸不平，烟雾也因此起伏飘散。科研人员正是这样记录下“风的路线”，并进一步摸索滑雪运动员的滑行姿势与气动阻力的奥秘。

重庆大学风洞实验室。新华社记者杨仕彦摄

历时两年多的研究，这支科研团队积累了海量的实验数据，其研究成果被应用于高山滑雪滑降训练，帮助教练组为运动员定制战术、技术、装备与体能综合的个性化科学训练方案，以达到提高比赛成绩的目的。“滑雪竞技的背后离不开科技力量支撑，衷心祝愿冬奥健儿们能在比赛中取得好成绩！”闫渤文说。（视频记者：杨仕彦、耿俊宇）

来源：新华社