盤點(diǎn)冬奧會(huì)上高校的“黑科技”

讓“大雪花”經(jīng)受住風(fēng)的考驗(yàn)

2月4日，立春之日。晶瑩的“大雪花”在鳥(niǎo)巢綻放，冬奧開(kāi)幕式盛典如約而至。藝術(shù)與創(chuàng)意完美的結(jié)合離不開(kāi)科學(xué)的驗(yàn)證，有一支隊(duì)伍負(fù)責(zé)將想象落地。他們是來(lái)自北京交通大學(xué)的一群了解風(fēng)、分析風(fēng)、利用風(fēng)的馭風(fēng)人。

自2018年起，作為風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)，北京交通大學(xué)教授李波與課題組成員就開(kāi)始投入到冬奧場(chǎng)館建設(shè)與運(yùn)動(dòng)員輔助訓(xùn)練中，涉及冬奧會(huì)開(kāi)幕式。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室的研究人員要做的工作就是“讓風(fēng)的影響消失”。

2021年7月，李波接到北京冬奧組委會(huì)的通知，需驗(yàn)證“大雪花”的點(diǎn)火方案，原方案是將其從場(chǎng)館頂部懸吊下來(lái)并傾斜于地面，火炬手將火炬插入，繼而起吊升空、旋轉(zhuǎn)。憑借著提供建國(guó)70周年慶典花車、建黨百年慶典紅色拱門等重要項(xiàng)目的抗風(fēng)咨詢工作。李波意識(shí)到，保障“大雪花”的點(diǎn)火功能是關(guān)鍵，立馬組成了攻關(guān)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)方案。

這期間，他們反復(fù)試驗(yàn)，初版“大雪花”模型質(zhì)地輕薄，無(wú)法進(jìn)行傳統(tǒng)的建筑物風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛罱?，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多次修正，最后采用鋁合金3D打印制作出試驗(yàn)所需的高保真縮尺模型，逼真程度讓主火炬設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)大為贊嘆。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)按照原方案，無(wú)論風(fēng)速如何，“大雪花”總是控制不住地左右搖擺，火炬手根本無(wú)法將火炬插入到大雪花中。最終，團(tuán)隊(duì)提出建議將原方案調(diào)整為“懸掛+支架”的方式，保證“大雪花”的穩(wěn)定性，確保點(diǎn)火儀式順利舉行。

冬奧火炬零排放背后的奧秘

2月4日晚，北京冬奧會(huì)開(kāi)幕式在國(guó)家體育場(chǎng)隆重舉行，隨著最后一棒火炬手將火炬放入“雪花”中央，星光璀璨，“雪花”綻放。在這其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院蘇彥慶教授團(tuán)隊(duì)的3D打印技術(shù)有效助力了北京冬奧會(huì)零碳排放火炬的研發(fā)和制造。

蘇彥慶教授團(tuán)隊(duì)對(duì)多種3D打印材料進(jìn)行了測(cè)試和優(yōu)化，對(duì)火炬內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成形工藝優(yōu)化，對(duì)燃燒器3D打印工藝進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證和改進(jìn)，最后成功制備出完全滿足要求的氫火炬及其燃燒系統(tǒng)，保障了冬奧會(huì)主火炬燃燒的可靠性。

此外，為保證火炬外觀質(zhì)量和燃燒效果，除要求尺寸精度準(zhǔn)確外，還需要保證3D打印火炬內(nèi)部的致密度接近鍛態(tài)，以保證內(nèi)部燃燒器氣密性要求和火炬表面拋光質(zhì)量要求。蘇彥慶教授團(tuán)隊(duì)及哈特三維技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)3D打印裝備進(jìn)行了改進(jìn)，配套研發(fā)了新型打印工藝，進(jìn)一步提升了打印效率和打印火炬內(nèi)部質(zhì)量，滿足了火炬生產(chǎn)的各方面要求。

為冬奧賽場(chǎng)的大氣層“做CT”

高山滑雪、跳臺(tái)滑雪、越野滑雪……每一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)都與天氣的變化密不可分，準(zhǔn)確把握風(fēng)向、溫度、濕度等信息對(duì)賽事保障至關(guān)重要。北京理工大學(xué)張軍院士、集成電路與電子學(xué)院呂昕、胡偉東團(tuán)隊(duì)與國(guó)家衛(wèi)星氣象中心合作，采用風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星獲取北京——張家口區(qū)域的遙感數(shù)據(jù)，為冬奧賽場(chǎng)提供精準(zhǔn)的溫度、濕度、風(fēng)場(chǎng)和降雪等天氣預(yù)報(bào)信息。

“要對(duì)冬奧天氣作出預(yù)測(cè)，首先要有足夠的天氣數(shù)據(jù)，需要通過(guò)風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星搭載的微波成像儀(MWRI)來(lái)獲取海量信息?！眻F(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人胡偉東介紹道。

風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星可全天候、全天時(shí)觀測(cè)大氣，在探測(cè)波段方面實(shí)現(xiàn)了紫外、可見(jiàn)、紅外和微波的全波譜探測(cè)。依托強(qiáng)大的風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星，北理工科研團(tuán)隊(duì)可以獲取全球、全天候、三維、適時(shí)準(zhǔn)確的大氣參數(shù)、地表參數(shù)、海洋動(dòng)力環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)。同時(shí)，北理工團(tuán)隊(duì)利用微波太赫茲遙感技術(shù)探測(cè)衛(wèi)星所搭載的微波成像儀(MWRI)，即可獲取雪深、雪水當(dāng)量等重要的積雪參數(shù)?？梢哉f(shuō)，該團(tuán)隊(duì)借助風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星給大氣層做了一個(gè)“CT”，全方位了解大氣的狀態(tài)。

冬奧園區(qū)里的無(wú)人駕駛“汽車總動(dòng)員”

在北京冬奧會(huì)首鋼示范園區(qū)內(nèi)，不同類型的自動(dòng)駕駛車輛正在來(lái)回穿梭。與一般車輛不同的是，這些車沒(méi)有駕駛員直接操作，卻可以熟練地進(jìn)行自主避障、路徑規(guī)劃、智能調(diào)度等。這就是由清華大學(xué)與首鋼集團(tuán)牽頭，聯(lián)合百度、智行者、福田等多家參與單位研制的全天候多車型L4級(jí)無(wú)人駕駛汽車。

作為北京市科技冬奧專項(xiàng)“全天候多車型自動(dòng)駕駛技術(shù)開(kāi)發(fā)及首鋼園區(qū)功能示范(科技冬奧)”的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，清華大學(xué)車輛與運(yùn)載學(xué)院楊殿閣教授從2018年起帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)針對(duì)冬奧全天候運(yùn)行的特殊工況，圍繞“車”“路”“云”“仿真”“示范”，研發(fā)了中巴公交等七種類型的無(wú)人車;建設(shè)了首鋼園區(qū)智慧道路，開(kāi)發(fā)了智能網(wǎng)聯(lián)汽車云端控制與調(diào)度平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人駕駛汽車的實(shí)時(shí)監(jiān)控與遠(yuǎn)程調(diào)度。

“面向冬奧復(fù)雜多變極寒天氣以及中國(guó)的人車混雜復(fù)雜道路交通場(chǎng)景，在自動(dòng)駕駛相關(guān)技術(shù)研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)基于清華多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合多家單位進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了全天候高級(jí)別自動(dòng)駕駛技術(shù)并向全世界展示?！睏畹铋w說(shuō)。

據(jù)悉，該項(xiàng)目研發(fā)的多種車型L4級(jí)自動(dòng)駕駛車輛，結(jié)合了首鋼冬奧園區(qū)實(shí)際應(yīng)用需求，圍繞首鋼冬奧園區(qū)無(wú)人接駁、無(wú)人公交、無(wú)人清潔、無(wú)人文件及快遞派送、共享約車等實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，為2022年北京冬奧會(huì)自動(dòng)駕駛示范提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐與保障。

(整理：中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 葉雨婷)

來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)