2008北京奥运为什么是科技奥运？
对这个问题，不同的人有不同的答案。建筑师说，是科技让奥运场馆变成了今天的样子，没有科技，我们甚至无法想象水立方和鸟巢这两个北京奥运的标志性建筑；运动员和教练们说，是科技让人类更接近运动极限，索普的鲨鱼皮泳衣和刘翔的红色魔鞋至今被人津津乐道；北京的居民说，是科技让奥运的北京天更蓝，草更绿……
今年5月8日举办的国新办记者招待会上，科技部部长万刚对这个问题进行描述的第一句话是：“现代奥运离不开科技的有力支撑。”不光科技奥运离不开科技，绿色奥运和人文奥运同样离不开科技。
节能减排是绿色奥运的一个重要方面。北京的奥运会期间，将利用一批先进的能源汽车、绿色能源等的应用来达到这一目的。尤其是500多辆新能源汽车将投入使用，使奥运中心区域的交通实现了“零排放”。这是奥运史上的第一次。
科技，看上去好像跟人文奥运没什么关系，但科技保证了奥运会更便捷的信息交流，更通畅的城市交通，更安全的食品供应，甚至为奥运会提供了更有效的气象保障，这些都体现了奥运中的人性化，也就体现了人文奥运的理念。
的确，科技正渗透进这场盛会的每一个角落。运动场馆中，鸟巢的钢结构和水立方的膜结构，绚烂地诠释了科技奥运；运动员们的运动方法、训练方法，同样离不开科技；后勤保障方面，餐桌上的食品，甚至每个门口用来安检的小小摄像头……这场盛会的方方面面，处处都闪现着科技的身影。
让我们从奥运火炬开始，先通过那些科技为奥运带来的细节领略一下科技奥运的风采。
珠峰上的圣火
面对奥运，科技需要解决的第一个难题是如何保证传递过程中奥运圣火稳定燃烧。火炬肩负着传播奥林匹克精神的责任，这样的象征意义，也就决定了它必须在传递过程中永不熄灭，无论遇到的是暴风骤雨、酷热严寒，还是高寒缺氧的山巅抑或阴暗幽深的海底。
北京奥运会火炬的最大亮点是登上世界海拔8844米的珠穆朗玛峰。2008年5月8日上午9点11分，中国国家登山队成功登上了珠穆朗玛峰，并点燃了奥运火炬。当天上午，珠峰上的风速为18米/秒，温度为-26℃，低压，空气含氧量仅为正常海拔地区的1/3。在这样的条件下，要把火炬点燃，而且，点燃后火炬的火焰在电视画面中展现出来，这都是科技奥运要解决的关键问题。
因为在珠穆朗玛峰温度极低的环境下，液体丙烷燃料很难点燃，珠峰上的“祥云”火炬采用了不同以往的固体燃料配方。这把火炬的固体火炬燃烧器由3部分组成，固体燃料放在燃烧器里面，在珠峰的气候条件下，可以燃烧7.5分钟到8分钟，每个火炬手的传递时间为两分钟左右，也就保证火炬传递过程中的燃烧时间。
点燃的困难克服了，还必须避免在火炬传递过程中圣火突然熄灭。为了保证传递过程中火焰的稳定，珠峰的“祥云”火炬运用了航空发动机的双火焰原理，设计了预混火焰与扩散火焰的“双火焰”燃烧方案，即使外面的火焰不小心熄灭，隐藏在火炬中的火焰也能继续燃烧。有人戏称：从某种意义上说，这把火炬体现了火箭科技在奥运火炬上的新应用。
除了点燃火炬，另一大挑战就是要在顶峰高强光的背景下，火炬必须能燃烧出让人看得见的明亮、饱满的火焰来。“祥云”研究人员在火炬燃烧器的上面设计了一个扩散器，从而保证了火焰更加饱满。
场馆里的太阳
除了奥运圣火，奥运的各项场馆不仅造型恢宏，里面的小门道也同样不少。作为柔道、跆拳道比赛场馆的北京科技大学体育馆所采用的“光导照明系统”就是这样一个小门道。
这一场馆采用了很特别的“光导照明系统”，也就是利用采光罩高效地采集自然光。这些光，经光导管传输和强化后，由系统底部的漫射装置照射到需要光线的地方。在这座场馆的屋顶上安装了148个这样的光导管，基本上4个一排，有些地方未装，是为了躲避屋顶的结构阴影。为了调节室内光线的明暗，光导管上大多还安装了电动日光调节器。这样，只要自然光强度足够，这个系统就能为体育馆提供早晨8点到下午5点的照明。
除了光导照明这类的门道，奥运场馆里这类小窍门还有不少，仅运动员脚底下的毯子地板或草皮，学问就不少。羽毛球比赛区铺设了一种美国生产的专用体育地板，这种地板龙骨下装有胶垫，可以抗震助弹。真正羽毛球比赛时，还会在地板上铺设3块专用胶垫。手球比赛区的地板则是NBA地板，双层龙骨，中间还加了弹性垫，从而达到更好的反弹、吸震的目的。而曲棍球赛场中的草坪，则有精确的渗水、保水能力，能保证球场在洒水35分钟后，表面平均保留3毫米的水量，且任何一处的水量不少于2毫米。
北京科技大学体育馆
模拟器里的运动
除了场馆，体育比赛中的重头当然是运动中的学问。在这里，我们想介绍的，却不是与运动直接相关的设备或方法，而是这些设备方法背后的一种名叫“体育系统仿真”的模拟器。
为什么要用仿真方法呢？用真实的试验不行吗？
国家体育科学研究所体育系统仿真实验室负责人李祥晨向记者解释，人类认识客观世界有3种方法，观察和实验算前两种，第三种也就是仿真了。仿真的办法很常见，“盖房子之前搭个模型，也是种仿真。”而体育中的仿真，出现更早，“陪练也就是在模拟对手，也可以算作仿真。”但计算机仿真出现就比较晚了，它是随着计算机的发展才发展起来的，是门年轻的学科。
仿真的方法，是把我们研究的对象抽象为一个系统，用数学的方法在计算机上对系统进行再现。这种办法一方面可以节省人力、物力和时间方面的消耗，另一方面，对不可以实验、实验成本很高、实验有危险性的东西，仿真就变成了惟一的方法。李祥晨举了个例子：“比如我们做过运动场馆火灾时紧急疏散的仿真模型，不可能真正去放把火，只能通过仿真作个预案出来。”
仿真试验中，最核心的是建模，如何做模型很重要，有了模型，就可以用来模拟运动员的运动了。比如跳水运动员在创新动作时，可以用一直试跳的方法进行实验。但很有可能，因为新动作考虑不周到的一些地方，运动员摔伤了自己，造成终生的遗憾。利用运动仿真的方法，就可以在计算机上模拟，评估一下新动作的可行性、训练时需注意的地方，再让运动员有的放矢地进行试验。
李祥晨的实验室还做过艺术体操队形编排方面的模拟系统。也就是在计算机上模拟试验一下团体艺术体操的动作设计、队形编排是否合理，动作衔接是否合适，再拿结果去让教练员参考。
据介绍，国外的体育仿真，流体方面做得多一些，他们会模拟各种天气状况进行自行车比赛的仿真，通过这些模拟，我们可以看到运动头盔、运动姿势对行车时阻力的影响。而且，跑鞋、运动器材等的设计中，仿真也都或多或少发挥了作用。
“其实仿真也就是一种方法，相当于辅助教练员进行组织管理和训练的一种手段，”李祥晨最后总结道，“它也许并非每种场合都必须，但它至少是有效的。”
“开幕式也用了很多仿真手段进行设计和训练吗？”记者问道。
没有雨的开幕
本届北京奥运会，科技需要解决的另一个难题就是奥运会开幕当天的天气情况。根据历史数据估算，8月8日奥运会开幕当天的降水概率约为47%，其中，降小雨的概率在一半以上，出现暴雨等极端天气的概率是6%。如何应对这场可能与开幕式结伴而来的雨呢？北京市人工影响天气办公室已经做好了准备。
准确的天气预报是人工消雨及时准确发挥效力的前提。消雨的第一步就是分析天气实况，只有找到积雨云，火箭炮才能“弹无虚发”。气象卫星、北京气象局的信息化网络和天气预报模式系统和灾害性天气短时、临近预报系统，为奥运期间尽可能准确地预报天气提供了有力保障。
找到了积雨云，事情就好办了。所谓人工减雨，说到底也就两招：一是让雨提前下——在保护区上风方及周围邻近地区进行人工增雨作业；二是让雨憋着不下——通过过量播撒碘化银产生高浓度冰晶，使过量的降水粒子“争食”有限的环境水分，或在云顶或云内播撒高浓度粒子群，引发下沉气流，抑制云和降水的发展。就具体操作而言，与人工降雨在原理上是相通的。
关于人工降雨，举个简单例子。一般情况下，云层中有丰沛的水汽，但是相对凝结核不足，云中可降水的云滴少，云层发展缓慢，难以形成降水或降水率不高，通过人工增加凝结核从而增加云层中可降雨水滴，继而达到增雨效果。目前我国在人工降雨作业中应用最广泛、成效最明显的催化剂是碘化银（AgI）。它是一种人工冰核，主要用于冷云催化。
一般而言，发射碘化银的作业场地会选在空旷、四周无明显建筑物并尽量远离空中航路。准备就绪后，“3、2、1，发射”，随着一声令下，火箭弹和炮弹穿堂而出，冲向4000～5000米高空。火箭弹和炮弹钻入云层后爆炸。炮弹中的碘化银燃成烟剂在高空扩散，沿途拉烟播撒，成为云中水滴的凝聚核，水滴在其周围迅速凝聚达到一定体积后降落。
爆炸产生的3000℃高温将碘化银分裂成无数的碘离子和银离子，气温稍冷一点，碘离子和银离子又结合在一起，形成碘化银微粒。在-6～-16℃的云层中，1克碘化银可形成10亿颗碘化银微粒。如果条件理想，每一颗微粒都可发挥凝结核的作用。也就是说，1克碘化银在云中温度适宜时能够形成10亿颗以上的雨滴。
让雨提早下、“憋着”不下，或者“请”它去别处下，听起来好像相当有趣，却并不是个简单的游戏，据统计，北京雨水和冰雹的主要路径来自西部和西北部，正东边方向最少。根据这个结果，不仅北京，河北、天津等周边地区都接到了联动联防的统一任务，提前布置好了火箭高炮。
科技奥运仅仅限于奥运吗？万刚部长表示“不是的”。“科技奥运不仅是在奥运会上的展现，同时也是产业化的开端。”奥运中所用到的这些科技成果，在应用于各个奥运场馆之前，都经过了大量的科学试验，通过了各种各样严格的认证，在性能、安全、耐久性和可靠性方面，都已经通过了国家测试，同时也经过了大量的示范运行。所以，“在这次奥运会上，广大的运动员和观看奥运会的大众都将享受到这些科技成果为人们带来的生活上的便利。同时这些技术的推广应用，将使科学技术更加贴近人们的生活，更好地服务于经济的发展。”
（本文发表于《科学世界》2008年第8期）
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