科技是奥运金牌的基础

□文/张田勘

供图/视觉中国

当地时间8月8日晚，第三十二届夏季奥林匹克运动会闭幕。中国体育代表团获得38金32银18铜共88枚奖牌，位列金牌榜和奖牌榜第二位。

中国运动员取得丰硕的奥运成果有多方面的原因，科技是其中一个重要原因。而科技包括科学理念和科学思维、科学训练、利用科学设备等。从本届奥运会看，中国全方位地利用科技的力量创造了辉煌的成绩，就连一些冷门运动也融入了新科技的元素和力量。

在奥运健儿出征奥运会之前，中国不只是在传统金牌大户游泳上投入科技手段，而且在一些冷门项目，如赛艇、帆船等项目上也采用了新的科技手段，如利用风洞来测试和指导运动员进行科学训练，因此在这几个项目上获得了突出成绩。可以说，中国的很多奖牌背后凝聚了航天九院、航天十一院等科研单位的大量技术成果。

用航天技术测量运动姿态

今天，体育运动的科技化程度在不断提高，采用高科技手段进行参数分析、指导训练，已经被证实为一种可靠而有效的手段，也被全球高水平运动员广泛采用。无论是传统游泳项目还是其他运动项目，尽管影像记录等手段已经比较先进，但还是难以定量获取运动员的全部运动信息，尤其是无法对关节间转动这样的微小变化进行有效辨识。在高手对决中，这些微小动作往往就是决定成败的关键。

蓬勃发展的中国航天技术为体育运动带来了福音，其中引进风洞技术来监测运动员的训练和比赛数据就是一个创新。由航天九院13所时代光电公司研发的一套风洞测试系统，其中直接穿戴的姿态测量装置仅重16克，采用无线数据收发方式，内置电池无须外接电源。整个装置包括惯性导航分系统、定位与测速分系统、视频采集分系统、数据综合分析系统四部分，能分别测量运动员姿态、位置与速度，同时实现运动视频拍摄、数据集成解算和三维模型驱动功能。

在这些测试中，惯性导航分系统是核心组成部分，主要测量运动的姿态信息并输出三维姿态参数，可以获得运动员每一秒的姿态、呼吸情况，以及在泳池里每一次往返的划频、划幅、划次、转身时间等多项技术参数，能对每个动作进行精细量化评估。

其实，运动员佩戴风洞测量装置是可以在水中实时监测姿态和数据的，但是在水中实时姿态下，运动员受到的阻力没有特别完备的量化数据。在岸上的风洞试验可以将泳姿和对应阻力实时结合起来，形成更加全面、立体的参数系统。

在出征奥运会之前，游泳队的6位名将徐嘉余、刘湘、杨浚瑄、张雨霏、闫子贝、余依婷就参与了试验。风洞试验模拟游泳过程中所受流场，开展典型游泳速度下不同技术动作姿态和阻力的测试。6位运动员分别完成了站立姿态下不同送胯角度测试和游泳姿态下不同技术动作测试。风洞测试系统顺利收集到这6位顶尖运动员的全部数据。

经过科学分析和归纳，研究人员发现了在典型游泳速度下运动员不同姿态所受阻力的规律。以这些科学数据为基础，教练团队为每位运动员制订了更好的训练方案，尤其是针对运动员身体流线，优化了他们的技术动作。

显然，这一科技手段和其他科学方式提高了运动员的成绩。在本届奥运会上获奖的游泳运动员，大部分参加了风洞测试和训练。可以说，风洞测试和训练为游泳运动员获得好成绩作出了重要贡献。

游泳运动员进行风洞测试

风洞助力健儿“艇”争气

同样，航天技术也为赛艇运动员提供了新的科学训练的基础，进而获得实践检验，取得了好成绩。

在7月28日东京奥运会赛艇比赛女子四人双桨项目决赛中，中国的陈云霞、张灵、吕扬、崔晓桐四人组合以巨大优势成功摘金，同时创下世界最好成绩。这也是中国队时隔13年后在这一项目上再次夺冠。同日上午，在男子赛艇双人双桨项目中，中国队张亮、刘治宇拿下铜牌，这是中国历史上第一枚男子赛艇奥运奖牌。这两枚奖牌都是历史性突破，它们的后面也有科技的助力。

为了指导赛艇运动员科学训练，中国航天十一院专门研发了针对赛艇的风洞测试系统。不过，四人赛艇的风洞试验项目难度较大，因为赛艇长达12米，安装配套装置相当复杂，而且试验速度仅有6米/秒，载荷只有几千克，要求分辨率高。另一方面，赛艇、运动员及支撑装置的重量则高达900千克，因而测试难度极大。

同时，风洞试验要求模拟真实的比赛条件，即在风洞中模拟水面状态，而且只测量水面以上部分的气动力。为此，十一院低速风洞实验室针对四人赛艇风洞试验项目的要求，研发了一套基于气浮装置的三维力测量平台，测力装置能满足高精度、小载荷风洞测试项目的要求。这套系统能模拟运动员抓水、驱动、出水、回桨等不同动作姿态的气动力大小，并对4名运动员不同编队组合对气动阻力的影响进行试验，为运动员科学训练提供了参考。

同样，这套风洞测试系统也适用于赛艇双人项目。因此，在本届奥运会上，中国赛艇运动员获得了一金一铜的突破性成果。

7月31日，中国选手卢云秀在女子帆板RS:X级项目中夺得冠军，这枚金牌后面同样有风洞试验的技术，还有国家计算流体力学实验室实验以及模拟训练系统的贡献。这些研究和技术在对帆船帆板的特性以及建立帆船训练试验数据分析等方面都立下了汗马功劳。

在获得大量风帆气动力、船体水阻力以及帆船航行姿态、船速等关键科学数据后，研究人员利用这些数据对训练器材进行三维建模研究，对帆板及帆船船体受力开展了详细的对比计算分析，为国家队器材选择提供科学建议。

过去，帆船帆板运动员训练只凭传统经验，或者通过比较简陋的录像进行分析和研判，但是这些方法都不能获得详尽的和更为科学的参数。因此，在东京奥运会之前，研究人员通过空气动力计算分析技术，针对风帆的影响区开展计算分析，获取了不同位置风帆带来的风场特性，为运动员在行驶区域的选择上提供科学理论。这样的科学训练和比赛，让运动员能大幅度提高成绩。

运动员在风洞里划出好成绩

这就是训练风洞的模型 供图/人民视觉

苏炳添在训练中，身后就是他的教练兰迪·亨廷顿 供图/视觉中国

其实，风洞技术早在10多年前就在一些体育强国中应用于运动员的训练和比赛，英国、德国、美国、加拿大、日本等国在体育运动中应用风洞技术比较早。英国的自行车风洞设备，帮助其运动员在伦敦奥运会上大显身手。日本利用风洞技术指导速滑团队追逐赛运动员训练，在2018年平昌冬奥会上打破世界纪录，获得金牌。

而风洞模拟是科技和经济的比拼，低速风洞模拟和研究需要花费大量人力、物力，没有一定的经济实力和科技水平，难以进行这样的研究。而且，低速风洞模拟和研究又是在先进的大型高速风洞研究基础上发展和建立的，把这样的技术专门用于体育运动研究，如果没有航空航天技术的支撑，是不可能进行的。因此，未来随着中国航空航天领域的发展，还会有更多的航空航天技术用于体育运动研究。

高水平运动员科学地研究自己

本届奥运会中国健儿能获得大量奖牌还有另一种科研力量的支撑，即高水平运动员自己（和团队）研究自己，从而进行科学训练，并取得优异成绩，最典型的就是苏炳添。

早在2019年，苏炳添就在《体育科学》期刊上以第一作者的身份发表了论文《新时代中国男子100m短跑：回顾与展望》。这是苏炳添以自己为研究对象的论文，研究者当然不只是苏炳添，而是有一个研究小组，而且苏炳添的训练和研究都有一个团队在支撑和帮助他。

苏炳添团队聘请了美国科研型教练兰迪·亨廷顿，针对苏炳添的特点进行了以“冠军模型”为指导的训练，通过高科技仪器和设备对运动员体能、技术、恢复等各个环节进行全方位监控，发现问题，寻找差距，制订个性化的训练方案，弥补短板，进而全面提升运动员的竞技能力。

苏炳添从2017年11月与兰迪教练合作，后者发现和找出了苏炳添体能的弱点，包括股后肌群力量和踝关节力量不足、主动下地速度和发力速率偏慢，还有技术的短板，包括起跑姿势不合理、前7步步长偏小、扒地技术不合理、全程呼吸和速度节奏不佳等问题，制订了有针对性的训练方案。

经过一年多的有针对性训练，苏炳添在这些体能要素和技术参数方面都取得了明显进步，也让苏炳添一次又一次地跑进10秒大关。从2015年至今，苏炳添有10次跑进了10秒大关，大部分是在2017年之后取得的成绩。

中国运动员在本届奥运会上取得的优异成绩，既是刻苦训练的回报，更是利用科技手段训练的成果。这样的思路和做法必将进一步坚持下去，未来也会让中国运动员取得更多更好的成绩。