索契冬奧會新材料大揭秘

]時間:2014-02-20 10:09 來源:環球科學（huanqiukexue.com）

　　索契冬奧會的開幕式正在進行，而本屆奧運會不僅僅是頂級運動員的競技場，還是新技術與新材料的試驗台。這些新技術與新材料提升了奧運場所的性能，同時也為運動員提供了更好的運動裝備。研發人員希望這些先進設備可以幫助奧運會選手達到一生中最好的水平。

　　與大多數舉辦奧運會的城市不同，本屆索契冬奧會的所有基礎設施都是新建的——目前花費已經超過310億英鎊。這屆奧運會比歷屆奧運會——無論是夏季還是冬季奧運會——開銷都大，同時還將索契從黑海邊的一個亞熱帶消夏度假勝地搖身一變，成了一個世界級的冬季體育運動場地。

　　光觸 —— 牆壁變身投影屏

　　

　　索契奧林匹克體育場融合了高科技材料和現代設計，可供40,000人在此舒適地觀看比賽（圖片來源：Populous）

　　可容納4萬人的索契奧林匹克體育場（The FishtOlympic Stadium）是索契冬奧會的主體育場。它設計獨特，材料新穎，可以在開閉幕式和比賽中進行生動的燈光表演。體育場頂是由兩個半殼結構組成，建造時使用了約36,000 m2的泰克斯隆（Texlon）。泰克斯隆是一種透明膜材。

　　該技術的提供商維克多-福伊特克公司（VectorFoiltec）稱這種材料會形成一個氣候信封（climaticenvelope）。泰克斯隆氣墊由多層乙烯-四氟乙烯改性共聚物（ETFE）組成，層間充入低壓空氣以隔熱並保護其免於風的損害。

　　泰克斯隆膜的表面可以捕獲投影光線，將其用於展示圖像、色彩或者播放視頻。經過加工后，每層膜都可以透射、反射或者散射圖片，從而使體育場的頂部可以「兼職」視頻顯示器。

　　體育場使用了兩層和三層氣墊的結合，前者透光性較好，而後者略差。透光性較好的氣墊材料允許自然光進入體育場，而透光性較差的則可以散射直射的太陽光，從而避免光線過於刺眼。而到了晚上，LED光則可以呈現一場無與倫比的視覺盛宴。

　　很多其他重要場館的設計也會令觀眾和運動員嘆為觀止，如大冰宮（Bolshoy Ice Dome），各個國家的冰球隊將在這裡展開角逐。它的外形像冰凍的水滴，其特色的鋁製屋頂上散布了38,000個LED，在夜晚，屋頂將被五彩繽紛的色彩點亮。

　　陶氏化學助力冬奧會

　　作為奧運會全球合作夥伴之一，陶氏化學公司（Dow Chemical Company）為一些基礎設施提供了技術支持，這之中就包括了大冰宮。「陶氏是化工領域的全球領軍企業，同時也是著名的創新企業，它為我們提供了改建場館及城市基礎設施的可持續解決方案，」國際奧委會（International Olympic Committee, IOC）主席托馬斯·巴赫（Thomas Bach）說道，「作為奧運會官方化學公司，陶氏將繼續支持國際奧委會的可持續長期戰略，併發揮重要作用。」

　　

　　作為速度滑冰和冰球的比賽場館，大冰宮的外形酷似一滴冰凍的水滴（圖片來源：Populous）

　　陶氏的熱傳導液將有助維持大冰宮內冰面的溫度恆定，同時將用於空調系統，以提供可靠穩定的溫度控制。在大冰宮，陶氏的其他產品也隨處可見，這其中包括用在地面的增強混凝土拌合物、可長時間保持金屬結構組分不受腐蝕的工業塗料，以及保護電纜的絕緣材料和半導體材料。

　　陶氏的另一項貢獻是抵消了奧運會的全部碳足跡——在歷屆奧運會中這尚屬首次。陶氏通過在俄羅斯、巴西以及韓國推出新的節能低碳技術實現了這一目標，巴西和韓國將分別主辦下兩屆奧運會。垃圾填埋氣項目也可以抵消碳足跡，這一項目也為美國喬治亞州陶氏總部的運營提供了部分能源。

　　陶氏公司宣稱，該項目已經抵消了520,000噸二氧化碳當量（CO2equivalent）。陶氏的這一說法已經得到了可持續諮詢公司環境資源管理（EnvironmentalResources Management, ERM）的獨立核實，該公司證實，最終抵消的碳足跡遠遠大於索契奧運會預計產生的碳足跡——360,000噸二氧化碳當量。

　　「我們非常興奮能有這個機會與2014索契冬奧會、陶氏的顧客以及奧林匹克合作夥伴合作，共同為首屆符合可持續理念的冬奧會做出貢獻，」陶氏奧運業務副總裁喬治·漢密爾頓（GeorgeHamilton）說道，「作為奧運會官方的化學公司，我們的承諾是確保更高水平以及更綠色的奧運會。」

　　雪荒的解決之道

　　雖然已經抵消了奧運會的碳足跡，但是在這裡舉辦冬奧會仍有技術上的困難，這裡屬亞熱帶地區，冬季溫度介於0~6˚C。如果考慮暖冬的可能性，這個問題就會尤其嚴重，反季節的暖冬是造成2010年溫哥華冬奧會雪荒的罪魁禍首。

　　通常情況下，距索契25英里的西高加索山脈會有大量積雪，位於這裡的羅薩庫特高山滑雪場（RosaKhutor Alpine Resort）將舉辦高山滑雪的比賽。但是近幾年冬季的溫度愈發不穩定，這使得滑雪場所需的一百萬立方米的積雪無法得到保證。

　　

　　在氣溫較高的時候雪生成公司（SnowGen）仍可造出雪來，圖中的雪是在20°C下製造的（圖片來源：SnowTec）

　　恩特·米庫·馬樂迪凱寧（Enter Mikko Martikainen）是一位人工造雪領域的專家，同時也是芬蘭供雪保證（SnowSecure）公司的CEO，他受雇於冬奧會，設計一個應急方案以確保索契能有足夠的雪。該方案使用了馬樂迪凱寧（Martikainen）12年前研發的一項技術，這是歐洲迄今最大規模的造雪工程，動用了500把雪槍以及數百位工作人員。

　　存雪系統包括把上一年710,000立方米的人造雪和自然降雪存儲起來。將這些雪分成14份，通過高科技隔熱毯來防止其融化，這些隔熱毯由熱泡沫、高反射能力的鋁平板以及一層可降低濕度的透氣性土工織物構成。一年之後可剩餘450,000立方米的雪，這就是馬樂迪凱寧所說的安全措施，一旦需要，這些雪可隨時運往賽場。

　　除了供雪保證，另一家芬蘭公司All-Weather SnowTek也參與了這項工作，該公司的三個移動造雪系統將為跳台滑雪和北歐兩項供雪，這兩項賽事的場地所處緯度最低，自然降雪非常稀少。

　　「我們的造雪系統（The SnowGen system）可以在0°C以上造雪，我們甚至在20°C的條件下造過雪，」SnowTek 的CEO漢努·佩森恩（HannuPesonen）說道，「在索契，這些造雪系統正在運行，在0 ~ 20°C的室溫下造雪。昨天的溫度是3°C，我們在24小時內造了大約750立方米的新雪。」

　　SnowTek公司與加拿大公司IceGen合作，在一個封閉的過程生產雪，使用的設備有冷藏、和由IceGen提供的冰漿機以及雪分離組件。「造雪的原料真的只有水和鹽構成的滷水，然後將其冷卻到一定的溫度，」佩森恩說道，「這一過程在滷水中產生有冰或雪的二元晶體，這些晶體經系統分離後由泵輸出，雪就產生了。」

　　秘密武器

　　在冰雪的世界里，哪怕一毫秒都會決定比賽的勝負。在這裡，還有能提高成績的設備和運動服——運動員和贊助商們往往對這些裝備的細節嚴格保密——這些會幫助運動員站上索契的領獎台。

　　裝備有這些秘密武器的就有英國有舵雪橇隊，英國一家業務範圍很廣的科技公司3M向他們提供了一系列從粗糙到極精細的微磨料，這可以降低雪橇的摩擦力，從而讓他們滑得更快。

　　

　　這些服裝的空氣動力學性能得到了改善，可以幫助縮短速滑運動員的比賽用時（圖片來源：Shutterstock）

　　磨料是一種類似砂紙的物質，由氧化鋁和樹脂構成，很多磨料都含這些組分。「區別在於我們在製作磨料的時候使用了先進的噴塗技術，」3M公司磨料部門的技術服務工程師尼格爾·威爾庫克（Nigel Willcock）說道。他不願意透漏更多內容，只說道比起其他手動打磨碳鋼雪橇的磨料，他們的磨料能讓運動員更快速有效地擁有非常平滑的表面，併除去在賽道上滑行時造成的表面不平整。

　　「使用我們這種磨料，冰面逐漸平坦，我們希望，使用我們提供的這些設備，可以為選手們節省零點幾秒，」威爾庫克補充道，「但是最關鍵的還是運動員們的實力。」

　　與此同時，美國無舵雪橇代表隊希望能在陶氏科學家們的幫助下摘得金牌，他們合作為索契冬奧會量身製作了新型雪橇。根據陶氏官方的說法，新型雪橇速度更快，可批量製作並且運行更穩定，極具創新，能幫助運動員發揮出最佳水平。

　　新型雪橇在設計時測試了20種不同的材料，並且在實驗室和實際賽道中進行了大量的測試。陶氏報道稱，在2012-2013賽季，兩位裝備了這種新技術的美國無舵雪橇運動員的成績有所提高。

　　美國速度滑冰代表隊也獲得了幫助，服裝製造商Under Armour和國防承包商洛克希德-馬丁（LockheedMartin）專門為他們設計了比賽服。風洞試驗表明，向比賽服的特定位置加入凸起的聚氨酯凹痕可以降低摩擦力、減少風的阻力，這是迄今製作的最快的流線型速度滑冰比賽服。

　　金牌、銀牌、銅牌還有…隕石

　　

　　索契冬奧會將製作一批特殊的金牌，是由一小片車裡雅賓斯克（Chelyabinsk）隕石組成（圖片來源：RIA Novosti / Alenksandr Kondratuk）

　　不過即使有了上述提到的裝備，要想獲得獎牌，最關鍵的還是運動員自身的實力與決心。由於半管式滑雪以及女子跳台滑雪等新項目的加入，2014年索契冬奧會的獎牌總數達到了創紀錄的1300多枚。

　　製作獎牌使用了大約2噸銀，700kg銅以及6kg金。每枚金牌含有525g銀，外層包裹有6g金。其厚度為10mm，半徑100mm，是歷屆奧運會最大的金牌之一。

　　不過在賽程過半的2月15日，奪冠的運動員獲得的並不僅僅是這種大金牌。去年的2月15日，一顆時速為60倍音速的隕石照亮了車裡雅賓斯克，為了紀念這一事件一周年，當天的10位冠軍運動員除了會獲得常規的金牌外，還將獲得一枚額外的獎牌，上面點綴有隕石的小碎片。

　　最大的一塊兒隕石是從切巴爾庫爾湖湖底打撈上來的，重達600kg，直徑1.5m，大多數其他的隕石小碎片是從其附近回收的。

　　烏拉爾聯邦大學（Ural Federal University）的維克多·格魯克霍夫斯基（ViktorGrokhovsky）領導的團隊測定：該隕石的性質與普通的球狀隕石完全相同——球狀隕石是最常見的一類隕石。進一步的分析表明，隕石碎片含有大約10%的鐵隕石，其中包含隕硫鐵和錐紋石——兩種都是鎳鐵合金物質——以及橄欖石和輝石。

　　這些特殊的隕石獎牌是由茲拉托烏斯特鎮專業工匠使用金和銀製成的。獎牌表面塗有鎳保護層，而中心則鑲嵌了隕石的碎片。

　　這些隕石獎牌一共有50枚，其中的40枚被私人收藏。另外10枚將會頒給獲得以下項目金牌的運動員，這些項目包括越野滑雪女子接力、男子K-125跳台滑雪、女子超級大迴轉以及男子俯式冰橇等。

　　（撰文：詹姆斯·厄克特（James Urqhart）  翻譯：張哲）