奧運金牌背后的航天技術

吳楠　葛宏升　付毅飛

在7月29日上午舉行的東京奧運會游泳女子200米蝶泳決賽中，中國選手張雨霏以2分03秒86的成績獲得冠軍并打破奧運紀錄。80分鐘后，張雨霏與隊友楊浚瑄、湯慕涵、李冰潔一起，以7分40秒33的成績打破世界紀錄，奪得女子4×200米自由泳接力冠軍，這也是中國游泳隊首枚接力項目奧運金牌。

在為奧運健兒們踩著紀錄奪冠而歡呼時，人們可能很難想到，這來之不易的游泳金牌，背后還有航天技術的支撐。

筆者從中國航天科技集團九院了解到，早在2019年12月，國家體育總局便向該院發出項目需求，希望利用先進航天技術，研發出精密測量產品，幫助游泳運動員加強訓練的科學性，提高競賽成績。

隨著體育運動的科技化程度不斷提高，采用高科技手段進行參數分析、指導訓練，已經被全世界的高水平運動員廣泛采用。尤其在高手對決中，一些微小動作往往是決定成敗的關鍵。具體到游泳這個特定項目，傳統的影像記錄等手段不能定量獲取運動員全部運動信息，尤其是無法對關節間轉動這樣微小的變化進行有效辨識。但航天慣性技術則有助于解決這個難題。

九院13所時代光電公司是我國重要的慣性技術及產品研發基地，一直為我國各型號火箭和航天飛行器提供高品質光纖慣組及光纖速率陀螺。國家體育總局帶著項目需求找到這里，該公司立即成立項目團隊，開始具體產品的研發。

經過技術攻關和不斷改進，該公司研制的運動測量產品順利成型。該產品單臺重量僅16克，包括慣導分系統、定位與測速分系統、視頻采集分系統、數據綜合分析系統4部分，能分別實現運動員姿態測量、位置與速度測量、運動視頻拍攝以及數據集成解算和三維模型驅動功能。

其中，慣導分系統作為核心組成部分，主要測量運動的姿態信息并輸出三維姿態參數，得到運動員每一秒的姿態、呼吸情況，以及在泳池里每一次往返的劃頻、劃幅、劃次、轉身時間等多項技術參數，實現對每個動作的精細量化評估。

今年上半年，在國家游泳隊備戰東京奧運會期間，時代光電公司運動測量團隊攜帶自研運動測量產品，配合國家游泳隊開展了優秀運動員風洞試驗。張雨霏、楊浚瑄、徐嘉余、劉湘、閆子貝、余依婷6名世界冠軍參與試驗。

試驗模擬游泳過程中所受流場，開展典型游泳速度下不同技術動作姿態和阻力的測試。在試驗人員和運動員的密切配合下，分別完成了6位運動員站立姿態下不同送胯角度測試和游泳姿態下不同技術動作測試。運動測量產品全程工作正常，順利收集到全部數據，探明典型游泳速度下，運動員不同姿態所受阻力的規律，為教練團隊確定訓練方案、改善運動員身體流線型、優化技術動作提供了科學依據，獲得國家體育總局和國家游泳隊的一致好評。

實際上，幫助中國奧運代表團奪冠的航天技術不止一項，除了捕獲精細動作的慣性技術，還有“既可吹風、亦可賽艇”的風洞。

據了解，航天科技集團十一院充分利用在航天領域多年積累的設計與風洞測試專業知識和科研成果，積極應用于奧運重點項目科技攻關，有針對性地自主開發出多套國內領先的高精度測試平臺，解決各類奧運裝備不同測試需求的難題，將航天空氣動力設計與測試技術應用于多個奧運比賽項目。

自2019年起，針對四人賽艇風洞試驗項目的要求，十一院低速風洞實驗室成功開發了一套基于氣浮裝置的三維力測量平臺，整套測試系統氣動力測量分辨率達到0.04牛，靜態校準非線性0.08%，完全滿足高精度小載荷風洞測試項目的要求。

通過風洞試驗研究了運動員抓水、驅動、出水、回槳等不同動作姿態的氣動力大小，4名運動員不同編隊組合對氣動阻力的影響，為運動員的比賽提供科學的參考。

在7月28日舉行的東京奧運會賽艇女子四人雙槳決賽中，由陳云霞、張靈、呂揚、崔曉桐組成的中國隊獲得冠軍，為中國代表團奪得本屆奧運會第10枚金牌。

筆者從十一院獲悉，該院承建的國內首座體育綜合訓練風洞，已于2020年10月25日正式啟用，將助力我國冰雪健將在2022年冬奧會中斬獲佳績。