科技是奧運(yùn)金牌的基礎(chǔ)

張?zhí)锟?/p>

當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月8日晚，第三十二屆夏季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)閉幕。中國(guó)體育代表團(tuán)獲得38金32銀18銅共88枚獎(jiǎng)牌，位列金牌榜和獎(jiǎng)牌榜第二位。

中國(guó)運(yùn)動(dòng)員取得豐碩的奧運(yùn)成果有多方面的原因，科技是其中一個(gè)重要原因。而科技包括科學(xué)理念和科學(xué)思維、科學(xué)訓(xùn)練、利用科學(xué)設(shè)備等。從本屆奧運(yùn)會(huì)看，中國(guó)全方位地利用科技的力量創(chuàng)造了輝煌的成績(jī)，就連一些冷門運(yùn)動(dòng)也融入了新科技的元素和力量。

在奧運(yùn)健兒出征奧運(yùn)會(huì)之前，中國(guó)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(xiàng)目，如賽艇、帆船等項(xiàng)目上也采用了新的科技手段，如利用風(fēng)洞來(lái)測(cè)試和指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練，因此在這幾個(gè)項(xiàng)目上獲得了突出成績(jī)?？梢哉f(shuō)，中國(guó)的很多獎(jiǎng)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(shù)成果。

用航天技術(shù)測(cè)量運(yùn)動(dòng)姿態(tài)

今天，體育運(yùn)動(dòng)的科技化程度在不斷提高，采用高科技手段進(jìn)行參數(shù)分析、指導(dǎo)訓(xùn)練，已經(jīng)被證實(shí)為一種可靠而有效的手段，也被全球高水平運(yùn)動(dòng)員廣泛采用。無(wú)論是傳統(tǒng)游泳項(xiàng)目還是其他運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，盡管影像記錄等手段已經(jīng)比較先進(jìn)，但還是難以定量獲取運(yùn)動(dòng)員的全部運(yùn)動(dòng)信息，尤其是無(wú)法對(duì)關(guān)節(jié)間轉(zhuǎn)動(dòng)這樣的微小變化進(jìn)行有效辨識(shí)。在高手對(duì)決中，這些微小動(dòng)作往往就是決定成敗的關(guān)鍵。

蓬勃發(fā)展的中國(guó)航天技術(shù)為體育運(yùn)動(dòng)帶來(lái)了福音，其中引進(jìn)風(fēng)洞技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練和比賽數(shù)據(jù)就是一個(gè)創(chuàng)新。由航天九院13所時(shí)代光電公司研發(fā)的一套風(fēng)洞測(cè)試系統(tǒng)，其中直接穿戴的姿態(tài)測(cè)量裝置僅重16克，采用無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)方式，內(nèi)置電池?zé)o須外接電源。整個(gè)裝置包括慣性導(dǎo)航分系統(tǒng)、定位與測(cè)速分系統(tǒng)、視頻采集分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)四部分，能分別測(cè)量運(yùn)動(dòng)員姿態(tài)、位置與速度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)視頻拍攝、數(shù)據(jù)集成解算和三維模型驅(qū)動(dòng)功能。

在這些測(cè)試中，慣性導(dǎo)航分系統(tǒng)是核心組成部分，主要測(cè)量運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)信息并輸出三維姿態(tài)參數(shù)，可以獲得運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)身時(shí)間等多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，能對(duì)每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行精細(xì)量化評(píng)估。

其實(shí)，運(yùn)動(dòng)員佩戴風(fēng)洞測(cè)量裝置是可以在水中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)姿態(tài)和數(shù)據(jù)的，但是在水中實(shí)時(shí)姿態(tài)下，運(yùn)動(dòng)員受到的阻力沒(méi)有特別完備的量化數(shù)據(jù)。在岸上的風(fēng)洞試驗(yàn)可以將泳姿和對(duì)應(yīng)阻力實(shí)時(shí)結(jié)合起來(lái)，形成更加全面、立體的參數(shù)系統(tǒng)。

在出征奧運(yùn)會(huì)之前，游泳隊(duì)的6位名將徐嘉余、劉湘、楊?，u、張雨霏、閆子貝、余依婷就參與了試驗(yàn)。風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M游泳過(guò)程中所受流場(chǎng)，開(kāi)展典型游泳速度下不同技術(shù)動(dòng)作姿態(tài)和阻力的測(cè)試。6位運(yùn)動(dòng)員分別完成了站立姿態(tài)下不同送胯角度測(cè)試和游泳姿態(tài)下不同技術(shù)動(dòng)作測(cè)試。風(fēng)洞測(cè)試系統(tǒng)順利收集到這6位頂尖運(yùn)動(dòng)員的全部數(shù)據(jù)。

經(jīng)過(guò)科學(xué)分析和歸納，研究人員發(fā)現(xiàn)了在典型游泳速度下運(yùn)動(dòng)員不同姿態(tài)所受阻力的規(guī)律。以這些科學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，教練團(tuán)隊(duì)為每位運(yùn)動(dòng)員制訂了更好的訓(xùn)練方案，尤其是針對(duì)運(yùn)動(dòng)員身體流線，優(yōu)化了他們的技術(shù)動(dòng)作。

顯然，這一科技手段和其他科學(xué)方式提高了運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)。在本屆奧運(yùn)會(huì)上獲獎(jiǎng)的游泳運(yùn)動(dòng)員，大部分參加了風(fēng)洞測(cè)試和訓(xùn)練?？梢哉f(shuō)，風(fēng)洞測(cè)試和訓(xùn)練為游泳運(yùn)動(dòng)員獲得好成績(jī)作出了重要貢獻(xiàn)。

風(fēng)洞助力健兒“艇”爭(zhēng)氣

同樣，航天技術(shù)也為賽艇運(yùn)動(dòng)員提供了新的科學(xué)訓(xùn)練的基礎(chǔ)，進(jìn)而獲得實(shí)踐檢驗(yàn)，取得了好成績(jī)。

在7月28日東京奧運(yùn)會(huì)賽艇比賽女子四人雙槳項(xiàng)目決賽中，中國(guó)的陳云霞、張靈、呂揚(yáng)、崔曉桐四人組合以巨大優(yōu)勢(shì)成功摘金，同時(shí)創(chuàng)下世界最好成績(jī)。這也是中國(guó)隊(duì)時(shí)隔13年后在這一項(xiàng)目上再次奪冠。同日上午，在男子賽艇雙人雙槳項(xiàng)目中，中國(guó)隊(duì)張亮、劉治宇拿下銅牌，這是中國(guó)歷史上第一枚男子賽艇奧運(yùn)獎(jiǎng)牌。這兩枚獎(jiǎng)牌都是歷史性突破，它們的后面也有科技的助力。

為了指導(dǎo)賽艇運(yùn)動(dòng)員科學(xué)訓(xùn)練，中國(guó)航天十一院專門研發(fā)了針對(duì)賽艇的風(fēng)洞測(cè)試系統(tǒng)。不過(guò)，四人賽艇的風(fēng)洞試驗(yàn)項(xiàng)目難度較大，因?yàn)橘愅чL(zhǎng)達(dá)12米，安裝配套裝置相當(dāng)復(fù)雜，而且試驗(yàn)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(yùn)動(dòng)員及支撐裝置的重量則高達(dá)900千克，因而測(cè)試難度極大。

同時(shí)，風(fēng)洞試驗(yàn)要求模擬真實(shí)的比賽條件，即在風(fēng)洞中模擬水面狀態(tài)，而且只測(cè)量水面以上部分的氣動(dòng)力。為此，十一院低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室針對(duì)四人賽艇風(fēng)洞試驗(yàn)項(xiàng)目的要求，研發(fā)了一套基于氣浮裝置的三維力測(cè)量平臺(tái)，測(cè)力裝置能滿足高精度、小載荷風(fēng)洞測(cè)試項(xiàng)目的要求。這套系統(tǒng)能模擬運(yùn)動(dòng)員抓水、驅(qū)動(dòng)、出水、回槳等不同動(dòng)作姿態(tài)的氣動(dòng)力大小，并對(duì)4名運(yùn)動(dòng)員不同編隊(duì)組合對(duì)氣動(dòng)阻力的影響進(jìn)行試驗(yàn)，為運(yùn)動(dòng)員科學(xué)訓(xùn)練提供了參考。

同樣，這套風(fēng)洞測(cè)試系統(tǒng)也適用于賽艇雙人項(xiàng)目。因此，在本屆奧運(yùn)會(huì)上，中國(guó)賽艇運(yùn)動(dòng)員獲得了一金一銅的突破性成果。

7月31日，中國(guó)選手盧云秀在女子帆板RS：X級(jí)項(xiàng)目中奪得冠軍，這枚金牌后面同樣有風(fēng)洞試驗(yàn)的技術(shù)，還有國(guó)家計(jì)算流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)以及模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的貢獻(xiàn)。這些研究和技術(shù)在對(duì)帆船帆板的特性以及建立帆船訓(xùn)練試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等方面都立下了汗馬功勞。

在獲得大量風(fēng)帆氣動(dòng)力、船體水阻力以及帆船航行姿態(tài)、船速等關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)后，研究人員利用這些數(shù)據(jù)對(duì)訓(xùn)練器材進(jìn)行三維建模研究，對(duì)帆板及帆船船體受力開(kāi)展了詳細(xì)的對(duì)比計(jì)算分析，為國(guó)家隊(duì)器材選擇提供科學(xué)建議。

過(guò)去，帆船帆板運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練只憑傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，或者通過(guò)比較簡(jiǎn)陋的錄像進(jìn)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(xué)的參數(shù)。因此，在東京奧運(yùn)會(huì)之前，研究人員通過(guò)空氣動(dòng)力計(jì)算分析技術(shù)，針對(duì)風(fēng)帆的影響區(qū)開(kāi)展計(jì)算分析，獲取了不同位置風(fēng)帆帶來(lái)的風(fēng)場(chǎng)特性，為運(yùn)動(dòng)員在行駛區(qū)域的選擇上提供科學(xué)理論。這樣的科學(xué)訓(xùn)練和比賽，讓運(yùn)動(dòng)員能大幅度提高成績(jī)。

其實(shí)，風(fēng)洞技術(shù)早在10多年前就在一些體育強(qiáng)國(guó)中應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練和比賽，英國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、加拿大、日本等國(guó)在體育運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用風(fēng)洞技術(shù)比較早。英國(guó)的自行車風(fēng)洞設(shè)備，幫助其運(yùn)動(dòng)員在倫敦奧運(yùn)會(huì)上大顯身手。日本利用風(fēng)洞技術(shù)指導(dǎo)速滑團(tuán)隊(duì)追逐賽運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練，在2018年平昌冬奧會(huì)上打破世界紀(jì)錄，獲得金牌。

而風(fēng)洞模擬是科技和經(jīng)濟(jì)的比拼，低速風(fēng)洞模擬和研究需要花費(fèi)大量人力、物力，沒(méi)有一定的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技水平，難以進(jìn)行這樣的研究。而且，低速風(fēng)洞模擬和研究又是在先進(jìn)的大型高速風(fēng)洞研究基礎(chǔ)上發(fā)展和建立的，把這樣的技術(shù)專門用于體育運(yùn)動(dòng)研究，如果沒(méi)有航空航天技術(shù)的支撐，是不可能進(jìn)行的。因此，未來(lái)隨著中國(guó)航空航天領(lǐng)域的發(fā)展，還會(huì)有更多的航空航天技術(shù)用于體育運(yùn)動(dòng)研究。

高水平運(yùn)動(dòng)員科學(xué)地研究自己

本屆奧運(yùn)會(huì)中國(guó)健兒能獲得大量獎(jiǎng)牌還有另一種科研力量的支撐，即高水平運(yùn)動(dòng)員自己（和團(tuán)隊(duì)）研究自己，從而進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練，并取得優(yōu)異成績(jī)，最典型的就是蘇炳添。

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

蘇炳添團(tuán)隊(duì)聘請(qǐng)了美國(guó)科研型教練蘭迪·亨廷頓，針對(duì)蘇炳添的特點(diǎn)進(jìn)行了以“冠軍模型”為指導(dǎo)的訓(xùn)練，通過(guò)高科技儀器和設(shè)備對(duì)運(yùn)動(dòng)員體能、技術(shù)、恢復(fù)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，尋找差距，制訂個(gè)性化的訓(xùn)練方案，彌補(bǔ)短板，進(jìn)而全面提升運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)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(diǎn)，包括股后肌群力量和踝關(guān)節(jié)力量不足、主動(dòng)下地速度和發(fā)力速率偏慢，還有技術(shù)的短板，包括起跑姿勢(shì)不合理、前7步步長(zhǎng)偏小、扒地技術(shù)不合理、全程呼吸和速度節(jié)奏不佳等問(wèn)題，制訂了有針對(duì)性的訓(xùn)練方案。

經(jīng)過(guò)一年多的有針對(duì)性訓(xùn)練，蘇炳添在這些體能要素和技術(shù)參數(shù)方面都取得了明顯進(jìn)步，也讓蘇炳添一次又一次地跑進(jìn)10秒大關(guān)。從2015年至今，蘇炳添有10次跑進(jìn)了10秒大關(guān)，大部分是在2017年之后取得的成績(jī)。

中國(guó)運(yùn)動(dòng)員在本屆奧運(yùn)會(huì)上取得的優(yōu)異成績(jī)，既是刻苦訓(xùn)練的回報(bào)，更是利用科技手段訓(xùn)練的成果。這樣的思路和做法必將進(jìn)一步堅(jiān)持下去，未來(lái)也會(huì)讓中國(guó)運(yùn)動(dòng)員取得更多更好的成績(jī)。

（責(zé)任編輯：白玉磊）