2022年北京冬奧會(huì)正在如火如荼地進(jìn)行中,，在冬奧會(huì)的七大項(xiàng)目中,，滑雪項(xiàng)目將產(chǎn)生55枚金牌，占北京冬奧會(huì)總金牌數(shù)的一半,。運(yùn)動(dòng)員們從白雪皚皚的雪道滑下,，或蜿蜒穿行，或起跳旋轉(zhuǎn)在空中完成各種高難度動(dòng)作,，這樣的場景讓觀眾們看得熱血沸騰,。

　　雪上項(xiàng)目對氣候和場地的要求十分嚴(yán)格，為了保證雪上項(xiàng)目的順利進(jìn)行,，本屆冬奧會(huì)80%~90%的比賽場地用雪都采用人造雪,，通過我們的“自力更生”實(shí)現(xiàn)了冬奧會(huì)的用雪自由。

冬奧比賽用雪不“靠天吃飯”

  “其實(shí),，目前全世界大多數(shù)滑雪場,，都采用天然雪和人造雪相結(jié)合的方式?！北本├砉ご髮W(xué)副教授張海洋在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)介紹,。

　　據(jù)了解，在溫哥華,、索契以及平昌等地舉行的冬奧會(huì)都大量采用了人造雪,。特別是在2018年平昌冬奧會(huì)中，人造雪用量占到了總使用雪量的90%,。

　　為什么冬奧比賽會(huì)用到如此之多的人造雪呢,？

　　張海洋指出，自然條件下產(chǎn)生的新降雪,、融化后重新凝結(jié)的雪,、長期堆積的雪等物理特性各不相同，而這會(huì)影響其性狀,。國際滑雪聯(lián)合會(huì)（以下簡稱國際雪聯(lián)）對不同項(xiàng)目的競賽雪道都設(shè)定了相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo),，以保證比賽的公平性和安全性，雪的性狀穩(wěn)定對雪道而言十分重要,。

　　相比物理特性更為多變的天然雪,，人工造雪可控性更高,。人造雪經(jīng)過擠壓、平整,、注水后,，更容易被制成可供比賽的雪道。

　　張海洋舉例說,，比如崇禮萬龍滑雪場的U型槽場地,，根據(jù)冬奧會(huì)比賽要求，其雪槽的長度要達(dá)到150至170米,，寬度要達(dá)到19至22米,，深度則要到6.7米、坡度要達(dá)到17至18度,。要想塑造出這樣一個(gè)場地,，不僅需要大量的雪，而且為了精準(zhǔn)的坡度,，還要控制好雪的濕度,。“場地工作人員會(huì)檢測雪的含水量,，只有將含水量控制在合適的范圍內(nèi),，才可保證在一定的溫度下，U型槽場地能一直保持這個(gè)形狀,、不產(chǎn)生形變,。”張海洋說,。

　　此外,，冬奧會(huì)在短時(shí)間內(nèi)的耗雪量較大，光靠老天爺“賞飯吃”顯然不靠譜,。

　　在1980年舉行的美國普萊西德湖冬奧會(huì)上,，人造雪第一次出現(xiàn)在了冬奧會(huì)場地，就是因?yàn)檫@年冬季,，普萊西德湖雪量少的緣故,。

　　國際雪聯(lián)文件《2022年冬奧會(huì)自由式滑雪和單板滑雪場地設(shè)計(jì)要求》指出，滑雪障礙追逐賽道需保證約71500立方米的雪量,，當(dāng)這一數(shù)字加上融化系數(shù)后,，將達(dá)到107200立方米。即使是面積較小的大跳臺賽道,，也需維持至少11000立方米雪量,。

　　張海洋說，這么大的用雪量,，單靠運(yùn)輸,，成本實(shí)在太高,。若靠自然下雪，需要連續(xù)不間斷地下幾十天的大雪,。而且滑雪場地每天都需要塑型維護(hù),，也需要大量的儲(chǔ)備雪，因此一定要人造雪來幫忙,。

人造雪用料有兩大要求

  “造這么多的人造雪需要大量時(shí)間,，因此本屆冬奧會(huì)為了保障賽事用雪，很多冬奧滑雪場從2021年11月底就開始進(jìn)行人工造雪,，造雪時(shí)間持續(xù)到2022年1月?！睆埡Ｑ笳f,，人工造雪的重要工具就是造雪機(jī)，它可以模仿天然降雪的過程,，將水變成雪,，但和天然成雪過程有所區(qū)別。

　　張海洋介紹,，天然狀態(tài)下,，天上的水汽變成雪必須具備兩個(gè)條件：一是要有一定的水汽飽和度（即0攝氏度以下的冷云），二是必須有凝結(jié)核,。當(dāng)冷云中的小水滴遇到空氣中的塵埃顆粒,，此時(shí)便會(huì)形成冰晶；冰晶逐漸增大,，當(dāng)其重量達(dá)到一定程度就能克服空氣的浮力,，從天空中飄落下來，變成雪花,。

　　人工造雪則是通過造雪機(jī)把5攝氏度以下的水霧打散成小粒子,，再將這些粒子迅速冷凝結(jié)晶，然后再由風(fēng)筒把雪花噴射出去,，以擴(kuò)大造雪面積,。

　　“水是人工造雪必不可少的原料?！睆埡Ｑ笳f,，原則上來說，井水,、河水,、純凈水、再生水,、雨水,、融雪水都可以作為人造雪用水,，但這些水在變?yōu)樵煅┰锨埃仨氄{(diào)整好“體溫”,，即要把溫度控制在0至5攝氏度之間,，水溫太高無法造雪、水溫太低不易造雪,。同時(shí),，水也不能太臟，雖然造雪機(jī)有過濾裝置,，但如果水太臟,，不僅會(huì)堵塞濾網(wǎng)，還可能會(huì)堵塞噴嘴,。

　　本屆冬奧會(huì)的每個(gè)滑雪場,，都設(shè)有固定式造雪機(jī)和移動(dòng)式造雪機(jī)。固定造雪機(jī)只需一條抽水管,，就可以進(jìn)行大規(guī)模造雪,。“但對于塑型要求比較高,、需要補(bǔ)雪的比賽場地,，就要‘派出’移動(dòng)式造雪機(jī)了?！睆埡Ｑ蟊硎?。

不同比賽用雪都有“私人定制”

  “各個(gè)雪上項(xiàng)目對雪質(zhì)的要求有所不同，哪怕是同一塊場地的不同地段,，對雪質(zhì)的要求也不盡相同,。”張海洋舉例說,，比如高山滑雪比賽項(xiàng)目,，由于其是競速類項(xiàng)目，它的賽道需要進(jìn)行單獨(dú)壓制,，鋪設(shè)在賽道上的雪密度非常大,，這種雪被稱為“冰狀雪”?！氨鶢钛钡拿芏仁翘烊谎┑?到13倍,，其表面有一層薄的硬冰殼，是雪又似冰,。

　　“這類雪含水量較高,、密度大，其表層相當(dāng)于結(jié)了一層冰,，這樣可減少賽道和滑雪板之間的摩擦力,，提升運(yùn)動(dòng)員比賽的舒適度,，有利于提高運(yùn)動(dòng)員的成績?！睆埡Ｑ笳f,，而到了減速區(qū)和結(jié)束區(qū)，為了保護(hù)運(yùn)動(dòng)員不受傷,，就需要減速,。因此這一區(qū)域的雪就需要減少含水量，以保持雪的蓬松狀態(tài),，從而增加賽道與滑雪板之間的摩擦力,。

　　從離地超百米的高臺滑下，俯沖,、加速,，自跳臺末端躍向空中，呈“V”字形劃出優(yōu)美的拋物線……在本屆冬奧會(huì)的賽場上,，極具觀賞性的跳臺滑雪項(xiàng)目在張家口賽區(qū)國家跳臺滑雪中心精彩上演?！氨荣惡每?，但給供跳臺滑雪比賽用的坡道造雪，可是件不容易的事,?！睆埡Ｑ笳f，鋪設(shè)在坡道上的人造雪,，從下到上依次是基層,、中層、表層,，每層雪的密度都不一樣,。基層的雪質(zhì)濕度要大,，這樣可以讓雪層與坡道牢固地“凍”在一起,。考慮到運(yùn)動(dòng)員要在高空做一些動(dòng)作,，落地時(shí)雪道不能太硬,，因此表層雪的濕度要低，這樣平壓后仍可以保證一定的疏松度,，最大程度確保運(yùn)動(dòng)員的滑行安全,。

　　在本屆冬奧會(huì)，當(dāng)一天比賽結(jié)束后,，夜間工作人員都要對滑雪道進(jìn)行維護(hù),?！耙?yàn)槊繄霰荣惡螅┑赖挠捕染蜁?huì)降低,，同時(shí)雪道表面會(huì)變得溝溝坎坎,，這些都會(huì)影響第二天的比賽?！睆埡Ｑ蠼榻B,，對雪道的維護(hù)一方面要補(bǔ)充雪，另一方面是用壓雪車壓雪,，以達(dá)到比賽雪道的硬度標(biāo)準(zhǔn),。

中國人造雪里的科技范兒

  1950年3月，美國人韋恩·皮爾斯就利用一個(gè)油漆噴霧壓縮機(jī),、噴嘴和一些用來給花木澆水的軟管造出了世界上第一臺造雪機(jī),。

　　其后，人造雪技術(shù)不斷發(fā)展,，這讓冬奧會(huì)大規(guī)模使用人造雪成為可能,。然而，由于我國在人造雪方面的研究起步較晚,，國內(nèi)賽道雪務(wù)技術(shù)幾乎空白,，同時(shí)國外在這方面對中國進(jìn)行技術(shù)封鎖，使得中國無法拿到賽道用雪的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn),。在2016年以前,，中國甚至造不出一條合格的“冰狀雪”賽道。

　　為了給全世界運(yùn)動(dòng)員提供良好的賽事體驗(yàn),，我國科學(xué)家開展了集中攻堅(jiān)行動(dòng),。2017年，在中國科學(xué)院院士,、中國科學(xué)院冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室名譽(yù)主任秦大河的帶領(lǐng)下,，北京冬奧會(huì)賽事用雪保障關(guān)鍵技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)正式組建，誓要制造出中國人自己的“冰狀雪”,。

　　經(jīng)過大量觀測和試驗(yàn),，該團(tuán)隊(duì)獲得了北京延慶、張家口賽區(qū)制造“冰狀雪”的屬地參數(shù),，從機(jī)理上搞清了優(yōu)質(zhì)雪道的雪質(zhì)要求,，成功制造出適應(yīng)大陸性季風(fēng)氣候特點(diǎn)的合格“冰狀雪”。

　　最終,，不同氣候條件的“冰狀雪”賽道制作技術(shù)被攻克,，中國人靠自己打造出了“冰狀雪”賽道。此外，中國從造雪到除雪的技術(shù)全部達(dá)到國際賽事標(biāo)準(zhǔn),，實(shí)現(xiàn)了用雪自由,；冰雪硬度測量儀和冰雪粒徑測量儀等“冰狀雪”賽道專業(yè)監(jiān)測設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，大幅壓縮了辦賽成本,。

　　工欲善其事必先利其器,。壓雪車是比賽雪道建設(shè)與維護(hù)必備的大型裝備，隨著我國自主研發(fā)生產(chǎn)的首臺大型壓雪車——SG400壓雪車下線,，我國在大功率高端壓雪車產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從0到1的突破,。

　　為了應(yīng)對極寒天氣，SG400壓雪車設(shè)計(jì)的工作環(huán)境為零下40攝氏度,，設(shè)計(jì)中使用了大量耐低溫材料,，改良后的雪犁，其齒形更容易打碎板結(jié)雪層,，符合我國雪場的實(shí)際使用需要,。

　　同時(shí)，在滿足主結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的前提下,，研發(fā)人員對該壓雪車的車架及核心部件進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì),，車架重量僅相當(dāng)于一般工程車輛車架重量的1/3到1/5，使其特別適合在雪道極端松軟的工作條件下運(yùn)行,。配合絞盤系統(tǒng),，該壓雪車可攀爬坡度為45度的高山雪場。

　　此外,，該壓雪車的智能化控制系統(tǒng)可讓全車多個(gè)控制器有條不紊地處理來自傳感器、動(dòng)作控制手柄,、電子踏板的反饋信號,，使其擁有了靈敏的“神經(jīng)系統(tǒng)”。