冬奥比赛中的科技_冬奥会比赛项目中的科学原理

1.冬奥会使用什么高科技？

2.从训练备赛到场馆建设，北京冬奥会有什么“科技底色”？

跟冬奥会有关的科学实验主要就是雪如意和神秘的火炬，神秘的火炬主要就是利用可燃物的燃点，然后可燃物的燃烧时间来制作一个火炬。

就是说可燃物的燃烧的时候是不会烧到火炬本身这一个物体的，但是就可以放在火炬上面的这一个容器里面燃烧，这也是冬奥会相关的一个实验。

然后雪如意的话就是利用卡纸以及利用其他纸质的材料去做一个跳台滑雪的跳台，然后利用支架把它支起来，就会可以做成一个跳台滑雪。这里主要是利用到了几何原理，就是利用到了立体的稳定性来制作一个滑雪跳台，制作一个简易的滑雪跳台，这两个实验都是跟冬奥会相关的实验。

跟冬奥会相关的实验还有很多，可以开展的实验主要还是相对比较简单的实验。

冬奥会使用什么高科技？

从钻木取火到电子点火，人类取火的方式越来越先进，但是集奥运火种的原理却并不高深，因为只有用传统的方式取火，才能象征奥运圣火的纯洁，象征古奥运会传统的传承。集奥林匹克圣火的唯一方式是利用凹面镜集中阳光，产生高温引燃火种。凹面镜取火的原理非常简单，在我国很多阳光充足的地区也用凹面镜烧水做饭。

火炬中的高科技（ 引自《新知客》）

·基本工作流程

航天芯，也就是2008年北京奥运火炬的燃烧系统，包括燃料供应系统(燃料瓶、稳压装置和回热装置)和燃烧器两大部分。工作时，利用开关工具顺时针打开燃料瓶上的常闭开关阀，瓶内的高压丙烷蒸汽经过稳压装置进行减压，并维持在相对稳定的某一压力值附近，然后经过有五个通气孔的燃料分配器的侧孔进入回热铜管，在流经燃烧室和燃料瓶后重新进入燃料分配器，并从两路分别进入预燃室和主燃室进行燃烧。

·燃料瓶

燃料供应系统的主要构成部件是稳压装置和燃料瓶，都是用国内先进工艺和技术自主研发的。燃料瓶用无缝冷拉工艺，直径为32毫米，即用一整块板拉成现在的形状，因此非常耐压(达14兆帕)，相当于可承受水下1400多米的压力。由于火炬燃烧有时间要求，一瓶燃料需要保证燃烧15分钟以上，而燃烧器除要保证火炬形态外，也有一定的流量要求，因此为了既能保证和火炬外壳的匹配，又能满足燃烧时间，燃料瓶只能做得又细又长。这从工艺上讲，难度大大增加。因为是整体成型，且燃料瓶壁的壁厚不到1毫米，在长细比达到7.5倍的情况下是很容易拉裂的。

·燃料的选择

燃料用的是99%以上纯度的丙烷。历史上的奥运火炬用混合燃料的较多。用丙烷燃料是为了能在火炬传递路线范围内，满足环境温度的要求。其次颜色也是一个考虑，丙烷燃烧后火焰是橙色，具有较好的可视性。

·稳压装置

稳压装置也是特别研制的。从燃料瓶里出来的气体压力是不稳定的，随着温度降低而减小。而火炬的燃烧需要一个稳定的流量，稳压装置的作用就是提供一定压力，一定流量的燃料供应，这和一般稳压装置的原理是一样的。气态的燃料以相对较高的压力进入稳压装置的进口，以高出环境压力一定范围的压力流出，保证燃烧所需的燃料压力和流量。稳压器的设计要求一般就是小巧轻便和多功能。现在的稳压装置共有四个功能：第一是将火炬开关设计到稳压装置上，这就少了一个零件；第二是减压；第三是稳压；第四就是在意外跌落的情况下，还能确保火炬继续燃烧，不会发生危险。

·燃料瓶和稳压装置的连接

燃料瓶和稳压装置用螺纹连接，燃料瓶口用外螺纹，稳压装置用内螺纹。这个虽不是独创，但在火炬上用得比较少。以前的一些火炬用的是现成的燃料瓶，多数是用直接的顶压方式。这种没有螺纹的连接方式，如果气体压力过大，顶针会顶得很紧，用起来费劲；如果压力过小，由于使用时的振动，容易松脱，造成漏气；同时由于是非精确定位密封，在压紧的过程中或使用过程中也容易密封不严而漏气，既不安全，也容易熄火。我们吸取了国外火炬的经验和教训，用了螺纹接口。

·回热管

2000年悉尼奥运会和2002年盐湖城冬奥会的火炬都用了保温装置。因为对于气相燃烧而言，若没有有效的热量补充，燃料瓶的温度是下降的。燃料在低温状态下，蒸汽压会降低，有可能会影响火炬燃烧性能。最初的设计就遇到了这个问题。刚研制时燃料瓶容积较大，因此它降温慢。现在燃料瓶小了，而燃烧时间要求提高，所以必须要加回热装置。要给它加热，就要有热源，于是很自然地想到利用火炬自身的火焰热量——燃料出来后不是直接进燃烧室，而是通过回热系统给燃料瓶进行加热，减缓温度降低的速度，满足燃烧时间。回热管还有个好处，就是热交换不可能把所有热量都交换掉，所以管内的气体温度也是升高的，有利于燃烧，这是个额外的好处。

·燃烧器

双火焰是一个核心设计，并在国内第一次运用。燃料经过回热之后，分两路，一路进入预燃室，一路进入主燃室，基本上按1:2的比例进行分配。预燃室底部中心是喷嘴，其周围是进空气的孔。火炬外壳底部也有一定面积的进气通道。预燃室燃料往上喷时，会带动周围空气上升进入预燃室，这就是引射作用。

预燃室中燃料和空气混合后再燃烧，火焰像我们家里的煤气灶一样，掺混得比较好，燃烧充分，火焰温度比较高，形状短，是蓝色的，在强光下不易看见。而主燃室的燃料没有经过预混，燃料喷出后和空气混合，先扩散再燃烧，火焰温度稍低些，呈不透明的橙色。火焰高度高于25厘米。预燃室相当于一个稳定的火源，保证它始终不灭，即使外面的主燃室火焰熄灭，它会马上把主火焰点燃。

国外也有类似双火焰的设计，但不太一样，不是预混气的。像2006年都灵冬奥会，也是前后两个燃烧室，但两个都是扩散火焰。我们考虑用预混火焰，主要是它的温度比较高，复燃主火焰比较容易些。另一方面，主火焰在上，预燃火焰在下，受外界影响相对就小，保护火焰就容易些。

我们这个设计实际上是受了吸气式发动机的启发。因为有的发动机也有一个小的预燃室。应该说这种方案在火炬的使用中是第一次。主火焰从圆形管道上均匀的小孔中喷出，这也是特别之处。国外有很多是从一个小口喷出，或者虽是多个喷口，但尺寸较大。我们也做过这样方案的试验，一方面不太利于火焰的稳定，另一方面燃烧时烟较大。我们现在这个设计，火焰能从一个环的小孔中喷出，好处之一是喷出的燃料比较均匀，是圆形的火焰；另一个就是喷出来的燃料能与空气掺混的比较均匀，燃烧比较充分，烟就会小，有利于观赏性和环保。

在火炬研制中我们发现，风速对火炬工作的影响最大，在专用设备上进行了大量实验，做到大风小风条件下，都不熄火。我们很希望得到一支性能可靠、稳定的火炬。我们认为今后应在实际环境中，继续对火炬进行各项参数考核，并经严格的生产过程，保证研制质量。我们期待着北京奥运火炬将在同一个世界，传播同一个梦想。

从训练备赛到场馆建设，北京冬奥会有什么“科技底色”？

如下：

1、“腋下创可贴”体温监测技术：疫情防控“千里眼”

疫情防控工作是北京冬奥会的重中之重。一个仅有手机卡大小的“创可贴”，扮演着疫情防控下的重要一环——测体温。这款智能体温计又被称为“腋下创可贴”，工作人员只需将智能体温计贴在皮肤上，在手机小程序中就能显示体温数据变化。经过充电后将其贴在身上，这样我们可以实时地监控每一位工作人员的体温状态，一旦超过37.3℃这个标准值，就会自动报警。因此，也被形象的称为疫情防控“千里眼”系统。

2、干血点检测技术。

为维护公平竞争的奥林匹克精神，本次冬奥会将首次使用干血点检测方法。干血点检测是一种集生物样品的新型技术，通过将全血样本收集在卡纸上，即可实现样本的储存和后续分析。与传统的血检、尿检相比，干血点检测具有血量小、便捷、可靠的优点，并且具有更强的样本稳定性，将成为本次冬奥会打击违规者的有力手段。

3、5G 4K/8K超云转播设备：现实体验感更强

今年冬奥会上，5G 4K/8K超云转播也是“科技冬奥”重点项目之一。为了将各大赛事更好的呈现给世界各地的观众，8K超直播技术将首次应用在本次冬奥会中。8K超直播技术主要通过借助5G信号高速传输、8K摄像机现场集和转播实时编辑、中星6C通信卫星信号传输，实现对赛事的直播。与以往的奥运赛事相比，北京奥运会用的8K超直播技术能够展现更多细节，增强视觉冲击力和现实体验感，并且能够覆盖更加广阔的区域，真正实现了全球一起看奥运。

4、纯物理法净水技术制备直饮水：避免“氯”伤害人体

为保证奥运场馆以及周边居民的用水安全，本次冬奥会用纯物理法净水技术制备直饮水。据悉，这种直饮水制备工艺通过火山岩石过滤等物理方式实现饮用水的消毒、净化，得到的水质符合当前世界最高的生活饮用水标准。同时，与传统技术相比，该技术还具有节能、节水的优势，并且能够有效避免传统工艺中的“氯”对人体的伤害。

5、二氧化碳制冷系统：碳排放趋近于零

绿色环保是本次“科技冬奥”的主要看点之一，除了众所周知的氢能源汽车的投放使用、场馆100%“绿电”供能之外，最引人注目的是被称为“冰丝带”的国家速滑馆，1191块预制构件由看台板弧形预制技术进行编码和安装后，实现完美精准拼装；1.2万平方米的冰面，通过环保冷媒CO2制冷技术及制冷方式，实现单独精准控温，从而使整座场馆实现“同时运行、不同使用”。

在北京冬奥会国家跳台滑雪中心，处处彰显着科技元素，人工智能系统正在集飞行、起跳、空中的姿势等实时数据，在运动员进行训练，从高空跳台、凌空抽射、稳稳落地时，从而给出专业、科学的建议，帮助运动员及时调整。

冬奥会的生动写照就是科技助力比赛。自北京冬奥会筹办以来，科技冬奥的理念就始终被贯彻落实。从训练准备到场馆建设，本届冬奥会的科技底蕴无不彰显着“中国智造”。

训练竞赛科技加持

我国的黑科技，圆形滑雪机成为运动员强有力的装备，运用科学手段调整空中姿势，模拟运动系统的引入为运动员提供了逼真的训练环境...中国正在整合多种科技力量，统筹推进科技创新，为竞技体育技术突破提供内在动力。

我国109个冬奥会项目实现了“全项目开发、全项目建设、全项目训练”，科技赋能让冰雪运动员更加强大。中国运动员已填上了我国冬奥会多个空缺，实现了历史性的突破。中国首次成功“解锁”所有高山滑雪项目的参赛资格，项目参赛的人数也达到了新高。

科技赋能竞赛场馆：

竞赛场馆不仅是北京冬奥会成功举办的基础设施，也是观察中国科技水平和含量的重要展示窗口。从一张蓝图到比赛的完成，科技实力是硬实力。

在山区，没有水、电和通讯设备，但国家雪车雪橇中心“雪游龙”就建在山上。这是中国第一条雪地雪橇轨道，也是世界上第一条360度圆形轨道。这看起来并不复杂，但各种曲线和落差交织在一起。这条1.9公里长的赛道需要一口气浇注，所以很难一次成型。国家雪上摩托雪橇中心设施经理杨告诉中新社，轨道的建设，走自主创新之路。此项克服了山区地形的不利环境，通过强大的基础建设能力一次性浇筑1.9 km的轨道混凝土。

事实上，北京冬奥会的12个比赛场馆处处展现科技创新的元素:国家速滑博物馆建成了世界体育场馆中最大的单层双向正交马鞍形索网屋盖，国家滑雪中心开创了国内竞技人工型面赛道的设计方法和关键技术，首钢老工业园废弃的钢铁冶炼厂变成了跳台滑雪...这背后是工匠们2000多个日日夜夜的辛勤劳动，以及无数的科技创新和克服困难的“中国方案”。

科技创新是北京冬奥会的鲜明背景，清洁能源、AI、尤其是5G等技术在冬奥会服务保障领域中的广泛应用，也让中国科技处处闪耀。大规模清洁能源，风电、抽水蓄能输送，将助力北京冬奥会成为奥运历史上首个使用100%绿色清洁电力的奥运会。

人工智能也参与了本届冬奥会，加持了科技创新，提供服务保障。AI消毒机器人对场馆进行全方位的清洁消毒。AI手语主播助力聋哑人，最吸引眼球的是“机器人厨师”可以为运动员做各种美味佳肴，在装备保障方面，中国第一辆雪地摩托车研发成功将帮助运动员提升技术；用防切割材料研制的短道速滑比赛服和用炽焰技术的获奖服，全面提高了国家队的服装装备水平。