谷爱凌夺冠的赛道，闪耀着南京的科技智慧

在2月8日上午结束的冬奥会自由式滑雪女子大跳台决赛中，中国选手谷爱凌成功夺冠。赛后谷爱凌在接受记者采访时表示，首钢大跳台是她滑过最好的场地。而被谷爱凌称赞的赛道，也有南京科研团队的“护航”。

记者从中国科学院南京天文光学技术研究所（以下简称“南京天光所”）获悉，该所南极天文技术团队和中国气象科学研究院共同研发了专门检测赛道质量的冰雪粒径测量仪和冰雪硬度测量仪，可以精准掌握冰状雪赛道的雪质，创新性将冰状雪赛道状态检测由过去以人工经验为主，改进为客观、清晰、科学的仪器定量检测。

滑雪赛道也需要“塑胶跑道”

此次冬季奥林匹克运动会，中国提出了“科技冬奥”的概念，中国冰雪运动必须走科技创新之路。国际竞赛特别是冬奥会的比赛，滑雪竞技项目使用的几乎全部是人工造雪，而本次北京冬奥会根据不同比赛项目，对场地的不同需求精细造雪。鲜为人知的是，一批科技工作者已花了五年多时间踏雪筑梦，不仅自主打造中国的冰状雪赛道，还研发出高效储雪技术，真正实现绿色“用雪自由”。

大型赛事的雪上项目，对“雪”和“赛道”的要求非常高。专家告诉记者，和常见的自然雪为主的天然雪场不同，“冰状雪”赛道是滑雪项目铺设赛道的专用雪。自然雪的密度在0.05到0.15克每立方厘米，非常松软。而冰状雪的密度是自然雪的5到13倍，表面有一层薄的硬冰壳，是雪又似冰，用于减小赛道表面对于滑雪板的摩擦力。“冰状雪赛道既要有一定的强度，又要有一定的弹性和抓地力。”南京天光所副研究员温海焜告诉记者，可以说冰状雪赛道就是滑雪项目的“塑胶跑道”。

看似简单的冰状雪赛道，制作起来却大有讲究。目前采用的是向雪地内部注水的方案。但是注水的强度和注水的时间把握，需要根据不同的赛道地点以及当时注水时的气温进行相应的调节。此外，与田径场塑胶跑道不同的是，每次比赛每一个运动员在进行高山滑雪比赛时，由于技术动作的需要，都或多或少的会对冰状雪的赛道产生一定损伤，为了保证比赛的公平性，前后出发的滑雪运动员的赛道雪质状态需要保证一致，因此冰状雪赛道还需要有一定的厚度以及均匀性。

为了打造出符合国际标准的冰状雪赛道，“科技冬奥”重点专项2020的“不同气候条件下冰状雪赛道制作关键技术”项目团队经过多次技术攻关演练，在较短时间里，熟练掌握了制作冰状雪赛道的注水量、低温板结时间等关键技术指标。

两台仪器实现从“人工经验”到“标准化”

如果冰状雪比较软，运动员滑行时就会陷在雪里面，如果特别硬，运动员很容易受伤。如何判断冰状雪赛道是否合格？以往，裁判员会在赛道上踩一踩、跳一跳、滑一滑，凭经验作出判断。如今，科学家通过科学指标，为冰状雪赛道制作标准提供参考依据。

记者了解到，南京天光所南极团队充分考虑了不同于自然雪的人工造雪的特殊情况，针对冰状雪赛道的特点，与中国气象科学研究院合作研发了冰雪粒径检测仪及冰雪强度检测仪，一改冰状雪赛道状态检测过去以人工经验为主的不足，转变为客观、清晰、科学的仪器检测。

据专家介绍，积雪颗粒的形状及大小是影响雪的力学性质的主要因素，不同大小雪粒之间在自然状态下空隙不断变小，雪中含有的空气降低，使得雪粒间的化学键合力增强，从而影响雪的硬度。那么，如何测量积雪的颗粒呢？科研人员采用漫反射原理：近红外光经过粗糙的表面会被无规律的向各个方向反射，会造成光强度减弱，光减弱的大小跟表面的粗糙相关，而积雪表面的粗糙程度是由粒径决定的。通过测量光减弱的比例间接的测量出冰雪的颗粒大小。

雪的硬度测试是反映冰雪强度的重要指标之一，冰雪硬度测量仪的原理是通过电机带动滑轨驱动探头打入冰状雪赛道内部，并读取探头受到的反作用力的大小来判断冰雪的硬度条件。这种方法的好处是可以做到基本无损的对赛道进行冰雪硬度的测量，不影响赛道的后续使用，并且可以通过读取力和冰状雪深度的曲线了解冰状雪赛道的均匀性。

针对高山滑雪的赛场坡度较陡，人工攀爬十分困难，科研人员在仪器的便携性上做了特殊的设计，设计了一款折叠式的硬度测量仪，方便携带，可以从坡顶沿雪道一直测量到坡底，实现了仪器的“就地展开”和“指哪测哪”的功能。

一年多来，团队成员不辞辛苦，抓住冬奥会举办前有限的测试时间窗口，数次前往冬奥会举办地北京延庆、河北张家口以及黑龙江哈尔滨亚布力冬季体育训练基地，对不同气候条件、不同注水强度的冰状雪赛道进行了粒径及冰雪强度测试，获得了不同深度冰雪粒径变化图和冰雪强度变化图。

这一技术也用于建设南极天文望远镜

有意思的是，这项技术一开始是为在南极搭建天文台准备的。未来，冰雪粒径检测仪和冰雪强度检测仪还将为南极天文台的建设工作作出贡献。

温海焜告诉记者，南极内陆冰盖之巅“冰穹A”有着非常优良的天文观测条件，是极佳的天文观测台站。我国在“冰穹A”已建有中国南极昆仑站，并安置了三台光学望远镜，取得了一批前沿观测和研究成果，未来还将有一台2.5米大视场高分辨率光学红外望远镜放在那里。

但是如何在南极地区安装大型望远镜又有很多实际的困难，其中之一就是普通的大型望远镜的基墩都是直接安装在地球的基岩上，这样基墩比较扎实稳固，能保证望远镜在观测时不会因为地基不稳产生晃动。但是冰穹A地区的冰大约有4000m那么厚，相当于1500层楼房那么高，如果再想将望远镜基墩打入基岩显然难以做到。专家表示，昆仑站的自然雪的密度、强度如果不经过处理，是无法满足望远镜架设地基要求的。另外，南极冬夏季温差较大，夏季的冰面地基也会因温度上升会松动。

南京天光所南极团队从2020年起，就开始进行南极昆仑站地区的冰雪地基承载力的测试和研究工作，相关技术在“科技冬奥”专项中率先使用，也为后期在南极推广积累了技术和经验。

通讯员 郑健 扬子晚报/紫牛新闻记者 于丹丹

图片由受访者提供

校对 王菲

编辑 : 郭凤