在2020东京奥运会上,中国体育健儿奋力争先,取得佳绩。在他们摘金夺银纵情欢呼的时刻,大家恐怕很难想到,这些奖牌背后有着航天技术的支撑。竞技体育追求“更快、更高、更强”,在登峰造极的追求中,航天技术在幕后起着保障作用,立下了汗马功劳。
为比赛提供科学依据
众所周知,运动员游泳的姿态直接影响到阻力大小,进而决定了游泳速度和竞赛成绩。中国航天科技集团九院13所时代光电公司研制团队利用先进的惯性测量和导航等技术研制了精密的测量产品。
这套智能化的测量和数字训练系统,运动员直接穿戴的姿态测量装置重量仅为16克,能实现运动员姿态测量、位置速度测量、运动视频拍摄等复杂功能,为教练团队优化运动员的技术动作,减小阻力和提高运动成绩提供了科学依据。
在赛艇比赛中,为提高中国赛艇队训练的科学性,中国航天科技集团十一院使用大型低速风洞对4人赛艇进行了风洞试验。
试验中,科研人员和运动员在风洞中模拟运动员赛艇时抓水、驱动、回水和回桨等不同动作姿态时的气动阻力,测试了4名运动员不同编队组合时对气动阻力的影响,为运动员比赛时减少阻力、提高成绩提供了科学依据。
2020年10月,航天科技集团十一院建成了国内第一座体育综合训练风洞,为包括游泳在内的夏季运动项目及滑雪等冬季运动项目提供有力支持。
航天技术“下水”早有先例
其实,航天技术“下水”应用于竞技体育,早已不是新鲜事,其中最著名的就是Speedo公司研制的鲨鱼皮泳衣。
初代鲨鱼皮泳衣使用强力尼龙纤维等材料模拟鲨鱼皮表面的V形细齿,降低了游泳时水的阻力,可将游泳速度提高3%以上。后续的鲨鱼皮泳衣使用美国宇航局的风洞来研究运动员游泳时的流体力学,在技术上有了进一步提高。
2008年问世的第四代鲨鱼皮泳衣,美国宇航局选择了LZRPulse面料和无缝缝合技术。这种技术制成的泳衣具有极轻、防水、快感和低阻等特点。不过在2010年,由航天技术改进的鲨鱼皮泳衣因为“太过先进”而被国际泳联宣布禁止使用。
但是,航天技术不仅应用于游泳比赛,在自行车比赛中也大显身手。
英国科研人员使用源自航天技术开发的先进计算流体力学软件,对自行车在比赛中影响成绩的因素进行了大量研究,例如运动员骑车姿态产生的阻力,运动员比赛服装和头盔的形状等。他们还发现在某些情况下圆盘轮作为后轮可以起到帆的作用,减少骑行的空气阻力。
英国科研团队使用航天技术生产的自行车部件,为运动员量身定做比赛用车,最大限度降低了运动员在骑行时的空气阻力。
保障服务助力快速康复
航天技术不仅直接支持运动员在赛场上摘金夺银,在后勤保障方面也发挥着不可忽视的作用。
由美国宇航局研制的反重力跑步机能够解决航天员在空间站失重环境下骨质流失的问题,基本原理是给普通跑步机外面加了密封气囊,将跑步者下半身固定在密封气室内,给人形成一种类似漂浮的感觉。
数据显示,采用反重力跑步机最高可以降低人体80%的重力,这样膝盖和脚踝几乎感受不到压力,非常有利于受伤运动员的康复训练。
而航天技术不仅应用于运动员康复训练,在体能恢复方面也大显身手。
众所周知,航天员在太空进行舱外活动极其消耗体能。1999年,德国航空航天学会空间医院研究所发明了世界上首款下肢间歇性负压设备,随后美国宇航局在此基础上提出了间歇性负压疗法。
德国空间医学研究所联合德国公司将这项先进的航天技术商业化,原理是通过真空负压和环境气压交替的方式,促进人体血液循环和淋巴回流,适用于运动员扭伤、挫伤、韧带和肌肉损伤,以及骨折和骨科适应症康复。这项航天技术能缩短运动员体能恢复的时间,让他们在最短的时间内以最好的状态回归赛场。