科技是奧運金牌的基礎

□文/張?zhí)锟?/p>

供圖/視覺中國

當?shù)貢r間8月8日晚，第三十二屆夏季奧林匹克運動會閉幕。中國體育代表團獲得38金32銀18銅共88枚獎牌，位列金牌榜和獎牌榜第二位。

中國運動員取得豐碩的奧運成果有多方面的原因，科技是其中一個重要原因。而科技包括科學理念和科學思維、科學訓練、利用科學設備等。從本屆奧運會看，中國全方位地利用科技的力量創(chuàng)造了輝煌的成績，就連一些冷門運動也融入了新科技的元素和力量。

在奧運健兒出征奧運會之前，中國不只是在傳統(tǒng)金牌大戶游泳上投入科技手段，而且在一些冷門項目，如賽艇、帆船等項目上也采用了新的科技手段，如利用風洞來測試和指導運動員進行科學訓練，因此在這幾個項目上獲得了突出成績。可以說，中國的很多獎牌背后凝聚了航天九院、航天十一院等科研單位的大量技術成果。

用航天技術測量運動姿態(tài)

今天，體育運動的科技化程度在不斷提高，采用高科技手段進行參數(shù)分析、指導訓練，已經被證實為一種可靠而有效的手段，也被全球高水平運動員廣泛采用。無論是傳統(tǒng)游泳項目還是其他運動項目，盡管影像記錄等手段已經比較先進，但還是難以定量獲取運動員的全部運動信息，尤其是無法對關節(jié)間轉動這樣的微小變化進行有效辨識。在高手對決中，這些微小動作往往就是決定成敗的關鍵。

蓬勃發(fā)展的中國航天技術為體育運動帶來了福音，其中引進風洞技術來監(jiān)測運動員的訓練和比賽數(shù)據就是一個創(chuàng)新。由航天九院13所時代光電公司研發(fā)的一套風洞測試系統(tǒng)，其中直接穿戴的姿態(tài)測量裝置僅重16克，采用無線數(shù)據收發(fā)方式，內置電池無須外接電源。整個裝置包括慣性導航分系統(tǒng)、定位與測速分系統(tǒng)、視頻采集分系統(tǒng)、數(shù)據綜合分析系統(tǒng)四部分，能分別測量運動員姿態(tài)、位置與速度，同時實現(xiàn)運動視頻拍攝、數(shù)據集成解算和三維模型驅動功能。

在這些測試中，慣性導航分系統(tǒng)是核心組成部分，主要測量運動的姿態(tài)信息并輸出三維姿態(tài)參數(shù)，可以獲得運動員每一秒的姿態(tài)、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(shù)，能對每個動作進行精細量化評估。

其實，運動員佩戴風洞測量裝置是可以在水中實時監(jiān)測姿態(tài)和數(shù)據的，但是在水中實時姿態(tài)下，運動員受到的阻力沒有特別完備的量化數(shù)據。在岸上的風洞試驗可以將泳姿和對應阻力實時結合起來，形成更加全面、立體的參數(shù)系統(tǒng)。

在出征奧運會之前，游泳隊的6位名將徐嘉余、劉湘、楊浚瑄、張雨霏、閆子貝、余依婷就參與了試驗。風洞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(tài)和阻力的測試。6位運動員分別完成了站立姿態(tài)下不同送胯角度測試和游泳姿態(tài)下不同技術動作測試。風洞測試系統(tǒng)順利收集到這6位頂尖運動員的全部數(shù)據。

經過科學分析和歸納，研究人員發(fā)現(xiàn)了在典型游泳速度下運動員不同姿態(tài)所受阻力的規(guī)律。以這些科學數(shù)據為基礎，教練團隊為每位運動員制訂了更好的訓練方案，尤其是針對運動員身體流線，優(yōu)化了他們的技術動作。

顯然，這一科技手段和其他科學方式提高了運動員的成績。在本屆奧運會上獲獎的游泳運動員，大部分參加了風洞測試和訓練。可以說，風洞測試和訓練為游泳運動員獲得好成績作出了重要貢獻。

游泳運動員進行風洞測試

風洞助力健兒“艇”爭氣

同樣，航天技術也為賽艇運動員提供了新的科學訓練的基礎，進而獲得實踐檢驗，取得了好成績。

在7月28日東京奧運會賽艇比賽女子四人雙槳項目決賽中，中國的陳云霞、張靈、呂揚、崔曉桐四人組合以巨大優(yōu)勢成功摘金，同時創(chuàng)下世界最好成績。這也是中國隊時隔13年后在這一項目上再次奪冠。同日上午，在男子賽艇雙人雙槳項目中，中國隊張亮、劉治宇拿下銅牌，這是中國歷史上第一枚男子賽艇奧運獎牌。這兩枚獎牌都是歷史性突破，它們的后面也有科技的助力。

為了指導賽艇運動員科學訓練，中國航天十一院專門研發(fā)了針對賽艇的風洞測試系統(tǒng)。不過，四人賽艇的風洞試驗項目難度較大，因為賽艇長達12米，安裝配套裝置相當復雜，而且試驗速度僅有6米/秒，載荷只有幾千克，要求分辨率高。另一方面，賽艇、運動員及支撐裝置的重量則高達900千克，因而測試難度極大。

同時，風洞試驗要求模擬真實的比賽條件，即在風洞中模擬水面狀態(tài)，而且只測量水面以上部分的氣動力。為此，十一院低速風洞實驗室針對四人賽艇風洞試驗項目的要求，研發(fā)了一套基于氣浮裝置的三維力測量平臺，測力裝置能滿足高精度、小載荷風洞測試項目的要求。這套系統(tǒng)能模擬運動員抓水、驅動、出水、回槳等不同動作姿態(tài)的氣動力大小，并對4名運動員不同編隊組合對氣動阻力的影響進行試驗，為運動員科學訓練提供了參考。

同樣，這套風洞測試系統(tǒng)也適用于賽艇雙人項目。因此，在本屆奧運會上，中國賽艇運動員獲得了一金一銅的突破性成果。

7月31日，中國選手盧云秀在女子帆板RS:X級項目中奪得冠軍，這枚金牌后面同樣有風洞試驗的技術，還有國家計算流體力學實驗室實驗以及模擬訓練系統(tǒng)的貢獻。這些研究和技術在對帆船帆板的特性以及建立帆船訓練試驗數(shù)據分析等方面都立下了汗馬功勞。

在獲得大量風帆氣動力、船體水阻力以及帆船航行姿態(tài)、船速等關鍵科學數(shù)據后，研究人員利用這些數(shù)據對訓練器材進行三維建模研究，對帆板及帆船船體受力開展了詳細的對比計算分析，為國家隊器材選擇提供科學建議。

過去，帆船帆板運動員訓練只憑傳統(tǒng)經驗，或者通過比較簡陋的錄像進行分析和研判，但是這些方法都不能獲得詳盡的和更為科學的參數(shù)。因此，在東京奧運會之前，研究人員通過空氣動力計算分析技術，針對風帆的影響區(qū)開展計算分析，獲取了不同位置風帆帶來的風場特性，為運動員在行駛區(qū)域的選擇上提供科學理論。這樣的科學訓練和比賽，讓運動員能大幅度提高成績。

運動員在風洞里劃出好成績

這就是訓練風洞的模型 供圖/人民視覺

蘇炳添在訓練中，身后就是他的教練蘭迪·亨廷頓 供圖/視覺中國

其實，風洞技術早在10多年前就在一些體育強國中應用于運動員的訓練和比賽，英國、德國、美國、加拿大、日本等國在體育運動中應用風洞技術比較早。英國的自行車風洞設備，幫助其運動員在倫敦奧運會上大顯身手。日本利用風洞技術指導速滑團隊追逐賽運動員訓練，在2018年平昌冬奧會上打破世界紀錄，獲得金牌。

而風洞模擬是科技和經濟的比拼，低速風洞模擬和研究需要花費大量人力、物力，沒有一定的經濟實力和科技水平，難以進行這樣的研究。而且，低速風洞模擬和研究又是在先進的大型高速風洞研究基礎上發(fā)展和建立的，把這樣的技術專門用于體育運動研究，如果沒有航空航天技術的支撐，是不可能進行的。因此，未來隨著中國航空航天領域的發(fā)展，還會有更多的航空航天技術用于體育運動研究。

高水平運動員科學地研究自己

本屆奧運會中國健兒能獲得大量獎牌還有另一種科研力量的支撐，即高水平運動員自己（和團隊）研究自己，從而進行科學訓練，并取得優(yōu)異成績，最典型的就是蘇炳添。

早在2019年，蘇炳添就在《體育科學》期刊上以第一作者的身份發(fā)表了論文《新時代中國男子100m短跑：回顧與展望》。這是蘇炳添以自己為研究對象的論文，研究者當然不只是蘇炳添，而是有一個研究小組，而且蘇炳添的訓練和研究都有一個團隊在支撐和幫助他。

蘇炳添團隊聘請了美國科研型教練蘭迪·亨廷頓，針對蘇炳添的特點進行了以“冠軍模型”為指導的訓練，通過高科技儀器和設備對運動員體能、技術、恢復等各個環(huán)節(jié)進行全方位監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題，尋找差距，制訂個性化的訓練方案，彌補短板，進而全面提升運動員的競技能力。

蘇炳添從2017年11月與蘭迪教練合作，后者發(fā)現(xiàn)和找出了蘇炳添體能的弱點，包括股后肌群力量和踝關節(jié)力量不足、主動下地速度和發(fā)力速率偏慢，還有技術的短板，包括起跑姿勢不合理、前7步步長偏小、扒地技術不合理、全程呼吸和速度節(jié)奏不佳等問題，制訂了有針對性的訓練方案。

經過一年多的有針對性訓練，蘇炳添在這些體能要素和技術參數(shù)方面都取得了明顯進步，也讓蘇炳添一次又一次地跑進10秒大關。從2015年至今，蘇炳添有10次跑進了10秒大關，大部分是在2017年之后取得的成績。

中國運動員在本屆奧運會上取得的優(yōu)異成績，既是刻苦訓練的回報，更是利用科技手段訓練的成果。這樣的思路和做法必將進一步堅持下去，未來也會讓中國運動員取得更多更好的成績。