奧運(yùn)金牌背后的航天技術(shù)
在7月29日上午舉行的東京奧運(yùn)會游泳女子200米蝶泳決賽中,中國選手張雨霏以2分03秒86的成績獲得冠軍并打破奧運(yùn)紀(jì)錄。80分鐘后,張雨霏與隊(duì)友楊,u、湯慕涵、李冰潔一起,以7分40秒33的成績打破世界紀(jì)錄,奪得女子4×200米自由泳接力冠軍,這也是中國游泳隊(duì)首枚接力項(xiàng)目奧運(yùn)金牌。
在為奧運(yùn)健兒們踩著紀(jì)錄奪冠而歡呼時(shí),人們可能很難想到,這來之不易的游泳金牌,背后還有航天技術(shù)的支撐。
科技日報(bào)記者從中國航天科技集團(tuán)九院了解到,早在2019年12月,國家體育總局便向該院發(fā)出項(xiàng)目需求,希望利用先進(jìn)航天技術(shù),研發(fā)出精密測量產(chǎn)品,幫助游泳運(yùn)動員加強(qiáng)訓(xùn)練的科學(xué)性,提高競賽成績。
隨著體育運(yùn)動的科技化程度不斷提高,采用高科技手段進(jìn)行參數(shù)分析、指導(dǎo)訓(xùn)練,已經(jīng)被全世界的高水平運(yùn)動員廣泛采用。尤其在高手對決中,一些微小動作往往是決定成敗的關(guān)鍵。具體到游泳這個(gè)特定項(xiàng)目,傳統(tǒng)的影像記錄等手段不能定量獲取運(yùn)動員全部運(yùn)動信息,尤其是無法對關(guān)節(jié)間轉(zhuǎn)動這樣微小的變化進(jìn)行有效辨識。但航天慣性技術(shù)則有助于解決這個(gè)難題。
九院13所時(shí)代光電公司是我國重要的慣性技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)基地,一直為我國各型號火箭和航天飛行器提供高品質(zhì)光纖慣組及光纖速率陀螺。國家體育總局帶著項(xiàng)目需求找到這里,該公司立即成立項(xiàng)目團(tuán)隊(duì),開始具體產(chǎn)品的研發(fā)。
經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)和不斷改進(jìn),該公司研制的運(yùn)動測量產(chǎn)品順利成型。該產(chǎn)品單臺重量僅16克,包括慣導(dǎo)分系統(tǒng)、定位與測速分系統(tǒng)、視頻采集分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)4部分,能分別實(shí)現(xiàn)運(yùn)動員姿態(tài)測量、位置與速度測量、運(yùn)動視頻拍攝以及數(shù)據(jù)集成解算和三維模型驅(qū)動功能。
其中,慣導(dǎo)分系統(tǒng)作為核心組成部分,主要測量運(yùn)動的姿態(tài)信息并輸出三維姿態(tài)參數(shù),得到運(yùn)動員每一秒的姿態(tài)、呼吸情況,以及在泳池里每一次往返的劃頻、劃幅、劃次、轉(zhuǎn)身時(shí)間等多項(xiàng)技術(shù)參數(shù),實(shí)現(xiàn)對每個(gè)動作的精細(xì)量化評估。
今年上半年,在國家游泳隊(duì)備戰(zhàn)東京奧運(yùn)會期間,時(shí)代光電公司運(yùn)動測量團(tuán)隊(duì)攜帶自研運(yùn)動測量產(chǎn)品,配合國家游泳隊(duì)開展了優(yōu)秀運(yùn)動員風(fēng)洞試驗(yàn)。張雨霏、楊,u、徐嘉余、劉湘、閆子貝、余依婷6名世界冠軍參與試驗(yàn)。
試驗(yàn)?zāi)M游泳過程中所受流場,開展典型游泳速度下不同技術(shù)動作姿態(tài)和阻力的測試。在試驗(yàn)人員和運(yùn)動員的密切配合下,分別完成了6位運(yùn)動員站立姿態(tài)下不同送胯角度測試和游泳姿態(tài)下不同技術(shù)動作測試。運(yùn)動測量產(chǎn)品全程工作正常,順利收集到全部數(shù)據(jù),探明典型游泳速度下,運(yùn)動員不同姿態(tài)所受阻力的規(guī)律,為教練團(tuán)隊(duì)確定訓(xùn)練方案、改善運(yùn)動員身體流線型、優(yōu)化技術(shù)動作提供了科學(xué)依據(jù),獲得國家體育總局和國家游泳隊(duì)的一致好評。
實(shí)際上,幫助中國奧運(yùn)代表團(tuán)奪冠的航天技術(shù)不止一項(xiàng),除了捕獲精細(xì)動作的慣性技術(shù),還有“既可吹風(fēng)、亦可賽艇”的風(fēng)洞。
據(jù)了解,航天科技集團(tuán)十一院充分利用在航天領(lǐng)域多年積累的設(shè)計(jì)與風(fēng)洞測試專業(yè)知識和科研成果,積極應(yīng)用于奧運(yùn)重點(diǎn)項(xiàng)目科技攻關(guān),有針對性地自主開發(fā)出多套國內(nèi)領(lǐng)先的高精度測試平臺,解決各類奧運(yùn)裝備不同測試需求的難題,將航天空氣動力設(shè)計(jì)與測試技術(shù)應(yīng)用于多個(gè)奧運(yùn)比賽項(xiàng)目。
自2019年起,針對四人賽艇風(fēng)洞試驗(yàn)項(xiàng)目的要求,十一院低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室成功開發(fā)了一套基于氣浮裝置的三維力測量平臺,整套測試系統(tǒng)氣動力測量分辨率達(dá)到0.04牛,靜態(tài)校準(zhǔn)非線性0.08%,完全滿足高精度小載荷風(fēng)洞測試項(xiàng)目的要求。
通過風(fēng)洞試驗(yàn)研究了運(yùn)動員抓水、驅(qū)動、出水、回槳等不同動作姿態(tài)的氣動力大小,4名運(yùn)動員不同編隊(duì)組合對氣動阻力的影響,為運(yùn)動員的比賽提供科學(xué)的參考。
在28日舉行的東京奧運(yùn)會賽艇女子四人雙槳決賽中,由陳云霞、張靈、呂揚(yáng)、崔曉桐組成的中國隊(duì)獲得冠軍,為中國代表團(tuán)奪得本屆奧運(yùn)會第10枚金牌。
記者從十一院獲悉,該院承建的國內(nèi)首座體育綜合訓(xùn)練風(fēng)洞,已于2020年10月25日正式啟用,將助力我國冰雪健將在2022年冬奧會中斬獲佳績。
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