航天技术助力冬奥，“训练神器”犹如飞机发动机

▲北京晚报

冰雪竞速，金牌之争常常就在毫厘之间

赛场之上

运动员的精彩表现来自刻苦训练

也离不开科研人员的技术支持

其中，精准研究冰面、雪面参数

为运动员实时提出调整策略

背后就蕴藏着各国的科技大比拼

在2022年冬奥会备战期间，北京航空航天大学交通学院飞行器适航工程系副教授柯鹏就把航空航天数学模型原理，用在了冰雪运动上。

借鉴航空航天飞行器路线优化算法

为冰雪运动找到最佳滑行路线

“高山滑雪滑降这个过程，运动员从高山上往下滑，这个过程其实和我们飞机的飞行，或者是空降空投，是有一定的类似性的。”柯鹏告诉记者。

2019年，柯鹏正在研究国产大飞机的中国适航标准，接到了助力高山滑雪滑降项目科学训练的任务。

▲高山滑雪 北京日报客户端

接到这个任务后，一个跨学科的团队迅速成立，借鉴航天航空领域的飞行路线和配合优化算法，柯鹏团队用了三个月时间进行攻关，研究出了高山滑雪滑降运动的最佳滑行路线，此后，国家体育总局，冬季运动管理中心聘请了柯鹏作为中国冰雪科学家，为冰上运动科学训练提供系统方案。

为了帮助竞速运动员突破速度极限，柯鹏团队研发出了一款训练神器，他看起来就像飞机两侧的发动机，帮助运动员适应超速，掌握在更高速度条件下的滑行技巧，而采取哪种滑行姿态风阻最小、能耗最低、速度最快，柯鹏团队又借助航空航天领域的人机环境研究基础，建立模型，寻找最佳滑行姿势和最优体能分配方案。1000多个日夜，柯鹏团队步履不停。

针对短道速滑和速度滑冰的个人比赛项目的减阻节能和提高成绩，柯鹏团队充分考虑运动员的个性化生理特征、装备特征和环境特征，包括体形、骨骼肌肉、生理生化等，建立数字运动员模型。

不仅如此，柯鹏还率领北航交通科学与工程学院、航空科学与工程学院、生物与医学工程学院等师生组成的团队，充分借鉴航空工程的基础理论和技术方法，基于“体工医交叉，人机环融合”的思路，立足现实国情，对标国际水平，基于冰雪运动理论解决核心科学问题，面向队伍需求开展科学训练技术研究，科技助力冬奥备战。

在这个过程中，团队同时开展运动过程参数的实测和同步分析，建立滑冰运动过程中运动员能量输出与节能减阻分析模型，有效评估各项滑行技术的影响，确定最佳参数组合，包括滑行路线、滑行节奏和滑行时间；蹬地动作、蹬地速度、蹬地方向；人体姿态、转弯控制与平衡等，深入分析与挖掘现有的比赛和测试数据；为训练方案的调整提供切实依据，为冲牌运动员精雕技术动作提供精准服务。

研发“三头六臂”式冰温测量系统

24小时不间断给冰面“测体温”

针对短道速滑和速度滑冰运动项目，柯鹏带领团队自主研发了“三头六臂”式冰温测量系统，24小时不间断从温度、厚度、硬度、摩擦系数等方面给冰面“测体温”，确保为运动员日常训练和比赛提供的高质量的训练冰面，确保训练场地与比赛场地的一致性，确保训练场地冰面质量的稳定性。

“我们之前统计了世界杯的数据，500米比赛中温度差1度就是0.1秒，我们现在世界冠军亚军可能差的就是零点零几秒，到时候可能冰会变软，那我提前磨刀，我就不能再磨的这么薄。”柯鹏介绍到，“例如，这个小冰车就是其中一个装置，车下是冰刀，我们将涵道风扇装到了冰车上，推动小车在冰上模拟运动员的压力条件、滑行速度和滑行过程，利用车上高精度的传感器，测试冰面的情况，从而获得具体的参数，从理论层面对制冰师提出要求，有助于制冰团队精准把控施工，确保每次训练时冰面状态保持一致。测冰车已经过多次优化和完善，在国内多个大型冰场实地应用。不仅能测试冰，还可以测试设备。”“冰的温度、厚度、软硬度、场馆环境温湿度等都会影响运动员发挥。通常情况下，运动员会说出他们对冰面软硬度的直观感受，而这种说法只能定性，无法定量，所以我们研发了可测量冰面软硬度的高精度设备。”北航交通学院助理教授杜锋告诉记者。

柯鹏团队研发的测冰车在测冰

除上述成果外，针对越野滑雪和速度滑冰，柯鹏团队开展了多项目配速和辅助推进训练系统样机和研究。

“一次典型的速度滑冰项目里面，400米下来我们的速度提升达到了10%。在我们有一次越野滑雪的测试中，我们用了另外一款推力达到10公斤的这样的一个涵道风扇，那么在80米的滑行阶段，速度提高从8米每秒提高到13米每秒，（速度）提高了将近70%。”柯鹏说。

不仅如此，柯鹏团队还针对单板U型场地滑雪进行运动建模研究；针对自由式滑雪开展落地冲击过程仿真研究等，将科技和运动员的训练紧密结合，用科学助力冰雪运动。

记者：白玉洁

部分图片来源：央视新闻、北京航空航天大学微信公众号

编辑：张斌

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