《大众科学》,大众科学是什么意思

让顶尖冬季项目运动员更占优势的9种技术和装备

想在奥运会上获得奖牌，你要有出众的运动天赋， 并且经过刻苦的训练。但有时这些还不够，特别是在冬奥会上，为速度和技巧设计的比赛项目，可能会因为一些小到几乎可以忽略的因素，而导致巨大的差别——是站在领奖台上领奖，还是坐在看台上看人家领奖。为此，一些运动员与科研人员展开了合作，后者试图通过找到更为科学的训练技术，开发出一些高性能装备，让运动员把金牌带回家。

为跳台滑雪定制的风洞

虽然在跳台滑雪项目中，运动员滞空的时间只有短短几秒钟，但为了改善在不同风速和温度下的表现，运动员可以通过风洞来改进自己的水平。这样的训练装备极其稀有和昂贵，在几年前，即便对于财大气粗的美国队来说，也是少见的奢侈品。

在犹他州美国国家跳台滑雪队的基地附近，Darko技术公司为提高运动员“跳雪”技术定制的风洞完成了结构组建。这个风洞主要用于邦纳维尔盐碱滩附近的极速赛车比赛，但美国国家女子跳台滑雪队主教练 Alan Alborn 通过加装带有滑雪板固定装置的升降台，来让风洞为他的队员服务。

Darko的工程师专门设计制作了一个装置，它可以反映在地板上提升和拖曳的数据，这样跳台滑雪运动员就可以实时地对自己的表现进行评估。运动员可以用这些数据调整身体形态，然后在1小时路程之外的户外跳台滑雪基地练习这些动作。“风洞离训练基地很近，可以让我们有更多的机会用它进行训练，”Alborn表示，“我们已经看到了令人吃惊的技术提升。“

为跳台滑雪定制的风洞

能在单板滑雪中称雄的实时数据

单板滑雪比赛的竞争非常激烈。 如今，几乎所有的运动员都会利用可穿戴装置记录他们的速度、身体姿态角度和重力值，以求在训练中不断改善。

其中一种名为 Catapult Sports Minimax S4 的装置包括加速计、陀螺仪和磁力计，当运动员在半封闭的 U 型场地中进行训练时，这种装置每0.1秒便会捕捉一次数据。运动员可以将这些数据与录像相配合，查出问题所在，以进行改进。比如，数据显示，当滑板滑雪运动员腾空 - 落地过程中会经受惊人的重力——最高可达15g，是一级方程式赛车手制动时感受到的重力值的3倍。要知道，这些重力可以确保运动员调整身体的姿态，如果想要在进行下一个花哨动作时不会失控，更快的速度就等于更多的优势。

能在单板滑雪中称雄的实时数据

向赛车学习的有舵雪橇

在冬奥会的男子双人有舵雪橇比赛中，美国队自 1952 年以来就没有获得过奖牌，而自 1936 年以来没有获得过金牌。因此，在 2010 年冬奥会以后，美国队招募了来自宝马公司的工程师，对其有舵雪橇进行了彻底的分解检查。他们用类似为宝马 i3 开发的碳纤维材料代替了原来的普通玻璃纤维制作雪橇——这让雪橇减轻了6.8千克。工程师还对重量的分布进行了调整，降低了雪橇的重心，让雪橇的速度更快。

有舵雪橇赛道是目前世界上最讲究技术的赛道之一，设有倾斜的弯道和3个上升坡道。驾驶者需要非常巧妙地操控方向，才能达到可以冲击奖牌的速度——129~145千米/小时。“一旦比赛开始的助推动作完成，他们就不能像驾驶汽车一样加速和制动了，”宝马的设计师 Michael Scully 说，“驾驶有舵雪橇很大程度上要靠控制转向。”为此，来自宝马的工程师还对构成雪橇转向系统的静力绳和弹力绳的位置和长短进行了调整，以适应参赛运动员的身体条件。除此之外，宝马工程师还对有舵雪橇头部形状存在一个唯一诉求，那就是让雪橇具备更佳的空气动力性能。

向赛车学习的有舵雪橇

极度危险的运动

冬奥会运动员的整体受伤率与夏奥会相当，都在11% 左右。但国际奥委会医学和科学部的官员 Torbjorn Soligard表示，重症急性伤害在冬奥会上更为多见，因为很多的比赛项目都和高度和速度相关。一旦科学家把频发伤害作为研究目标，新的安全工具和措施就可以用来帮助降低危险性。

冬季奥运会受伤率

如今，冬季运动项目的职业运动员是如何保护自己免受伤痛之苦的呢？

护身装甲

一些滑行赛事中的猛烈撞击，比如有舵雪橇和无舵雪橇的比赛，会导致脑震荡或更严重的伤害。美国有舵雪橇队将凯夫拉衬垫装入了运动员的头盔和滑雪服中，这是一种由 Unequal 技术公司研制的、用于士兵和橄榄球运动员的防护装备。

护颈

冰鞋导致的撕裂伤在 2002 年以前的短道速滑比赛中是最常见的伤害。而此后，在滑冰服中整合类似凯夫拉的防护材料已经成了强制性的保护措施。2012 年开始，速度滑冰界还曾要求速滑运动员戴上防割伤的护颈参加比赛。

着陆缓冲垫

自由式单板滑雪选手和其他滑雪运动员都面临着严重的头部受伤危险，一些奥运选手已经因此丧生，如 2012 年去世的加拿大自由式滑雪选手 Sarah Burke。美国单板滑雪选手已经在训练时采用巨大的安全气垫，这样他们练习新技巧的时候就不必太过担心会受重伤了。

可穿戴式气囊

高山滑雪赛道周围布满了防护网，但撞击仍可能导致严重的伤害。一些顶尖的滑雪选手 ( 包括挪威的Aksel Lund Svindal) 开始测试意大利 Dainese公司研制的可穿戴式保护气囊——滑雪者后护板上的传感器会在发生碰撞时触发气囊，使之迅速展开。

定制个性化钢架雪车

在冬奥会的所有比赛项目中， 钢架雪车（俯式雪橇）可能是最令人肾上腺素激增的。运动员头朝前俯卧在特制的雪具上沿

着赛道猛冲而下，滑行速度超过 130 千米 / 小时，一旦失控，就意味着重伤或死亡。Katie Uhlaender 是雪车世界杯赛最棒的钢架雪车选手之一，她曾经表示，“比赛时我必须和自己的钢架雪车成为一体。”然而，如何对运动员进行有效保护，目前这项运动并没有太多改变。大家似乎更关心——如何让速度更快。

4 家公司从十年前开始便着手为钢架雪车项目研制一种超响应（Ultra-Responsive）雪车。像有舵雪橇一样，这种新型钢架雪车也采用了碳纤维材料制作。工程师制造了可调整的框架，能够让运动员更轻松地改变位置，而且还为每个钢架雪车配备了量身定制的钢制鞍座。“转向、空气动力——这都要靠我们的身体来控制，因此鞍座非常重要。”三次参加冬奥会钢架雪车比赛的美国运动员 Katie Uhlaender说，“我感觉乘这款钢架雪车比赛就像有了秘密武器一样。”

更快、更强的滑雪服

滑雪服不仅要能为运动员保暖， 同时它们还不能降低滑雪的速度。“百分之一秒的差距就可以让你成为滑雪赛场上的大人物或是小人物，因此每一种能让你成绩提升的方法都是有意义的。”奥运选手 Ted Ligety 说。一直以来，欧洲的滑雪队都拥有最快的滑雪服，因此美国和加拿大的滑雪雪板协会一直都试图在冬奥会上大幅提高运动装备的水平。

为美国、加拿大等国家冬奥会代表队提供滑雪服的 Spyder 公司，自上世纪 70 年代就开始将滑雪服流线化的研究工作。该公司在 90 年代中期发明的 SpeedWyre 技术——像汽车的尾翼一样延长袖口和脚管的长度——在减少风阻方面非常有效，以至于在两个赛季之后就被体育主管团体禁用了。

如今，该公司研制了一种与前者功能相似的滑雪服，它通过改变纱线直径来减少风阻，降低了填料和接缝处的迎风面积，并改变了紧身织物上压印的纹理。除此之外，科研人员还系统地分析了运动员在训练中数据，然后以这些信息重置了拉链和缝合线的位置。100 多次的风洞试验，证实这种新滑雪服的风阻比以前降低了 17%。

由于很多冬奥会举办地都在海平面附近，Ligety 认为这样的滑雪服更能体现价值所在，“届时空气会变得很重、很潮湿，因此风阻的问题更加严重。”他说。

更快、更强的滑雪服

冬奥会上还有这些装备值得关注

滑雪靴

滑雪比赛对精确度的要求不逊于力量。Fischer 公司和 Salomon 公司都开发了新的滑雪靴壳，可以根据每名运动员脚部和小腿的形状进行塑形，以帮助他们实现更精准的滑行控制。

跳台滑雪运动服

为了限制“松鼠滑雪服”在腾空飞行时的高度，跳台滑雪协会的官员在 2011 年修改了规则，规定跳台滑雪运动服必须是紧身的。

滑冰运动服

Armour 公司的速滑运动服是根据洛克希德·马丁公司计算流体力学专家意见开发的，并经过了超过300小时的风洞试验。

一颗大心脏一把好枪

很少有体育比赛项目像冬季两项一样对运动员这样要求严格。参赛选手在比赛过程中既要经历心脏加速跳动的滑雪冲刺，还要异常沉静地射击 5 个不比啤酒瓶盖大的目标——两项运动快速交替进行，在此过程中你还不能浪费一颗子弹。只要有一次射击没有打中目标，你就会被罚多走 150 米路程或多加 1 分钟时间。以下是在靶场发生的事情。

奔向靶场

0~8 秒 ： 选手滑雪到靶场，放下滑雪杖。

9~12 秒 ： 选手卸下肩上的步枪，确定射击姿势——立姿或卧姿。

13~22 秒 ： 臀部和肩膀与目标呈直角，选手把步枪枪托贴紧脸颊进行射击。第一次射击要与一次心跳结束同步。在训练时，选手用激光来练习对连续目标进行射击，就像是在瞄准靶心。所有 5 次射击大致要在 7 秒之内完成。

23~32 秒 ： 选手卸下用光的弹夹（安装在枪托上），斜挎上步枪，捡起滑雪杖，开始继续滑雪。

冠军的心脏

一名冬季两项选手 5 轮射击时的心率，他可以控制自己的心率从 180 次/分钟迅速降到 130 次/分钟。心电图上较深的线槽显示的是采用卧姿进行射击时的心率，较浅线槽显示的是采用立姿进行射击时的心率。一个导致射击速度过快和失误的原因是，心率的下降会令肌肉颤搐，并且影响瞄准。

冬季两项运动员心率图

比赛用枪剖析

A 枪托

木制薄片制作的枪托看起来有些复古，但它可以对付因温度引起的变形。这种材料还非常容易进行定制。每个赛季，选手们都会根据自己的身体情况（胖了还是瘦了）对枪托进行调整—用电磨和沙纸来消减多余的材料，或用环氧树脂油灰来增加体积。

B 枪栓

标准 5.6 毫米口径步枪的枪栓需要转动才能锁闭或打开，而最轻重量只有 3.5 千克的冬季两项比赛用枪则只需简单的推拉动作就可以完成，这样运动员才能在射击过程中一直将胳膊、胸部抵在枪托上。

C 枪管

枪管由质量最好的钢材制成——因此某些比赛用枪价格高达 5000 美元——并以珠宝的品质进行了抛光，使其在寒冷的天气里仍能保持射击精度。由于金属晶粒遇冷会收缩，标准5.6 毫米口径步枪在 -17.7℃以下的气温里就难以保持正常的射击精度了。

D 子弹

子弹的形状和尺寸可以改变，因此选手会经过多次测试，找到最为匹配的枪管和子弹。不过他们首先要做的是将子弹和枪的温度降到-15.5℃以下。

一颗大心脏外加一把好枪

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让顶尖冬季项目运动员更占优势的9种技术和装备

想在奥运会上获得奖牌，你要有出众的运动天赋， 并且经过刻苦的训练。但有时这些还不够，特别是在冬奥会上，为速度和技巧设计的比赛项目，可能会因为一些小到几乎可以忽略的因素，而导致巨大的差别——是站在领奖台上领奖，还是坐在看台上看人家领奖。为此，一些运动员与科研人员展开了合作，后者试图通过找到更为科学的训练技术，开发出一些高性能装备，让运动员把金牌带回家。

为跳台滑雪定制的风洞

虽然在跳台滑雪项目中，运动员滞空的时间只有短短几秒钟，但为了改善在不同风速和温度下的表现，运动员可以通过风洞来改进自己的水平。这样的训练装备极其稀有和昂贵，在几年前，即便对于财大气粗的美国队来说，也是少见的奢侈品。

在犹他州美国国家跳台滑雪队的基地附近，Darko技术公司为提高运动员“跳雪”技术定制的风洞完成了结构组建。这个风洞主要用于邦纳维尔盐碱滩附近的极速赛车比赛，但美国国家女子跳台滑雪队主教练 Alan Alborn 通过加装带有滑雪板固定装置的升降台，来让风洞为他的队员服务。

Darko的工程师专门设计制作了一个装置，它可以反映在地板上提升和拖曳的数据，这样跳台滑雪运动员就可以实时地对自己的表现进行评估。运动员可以用这些数据调整身体形态，然后在1小时路程之外的户外跳台滑雪基地练习这些动作。“风洞离训练基地很近，可以让我们有更多的机会用它进行训练，”Alborn表示，“我们已经看到了令人吃惊的技术提升。“

为跳台滑雪定制的风洞

能在单板滑雪中称雄的实时数据

单板滑雪比赛的竞争非常激烈。 如今，几乎所有的运动员都会利用可穿戴装置记录他们的速度、身体姿态角度和重力值，以求在训练中不断改善。

其中一种名为 Catapult Sports Minimax S4 的装置包括加速计、陀螺仪和磁力计，当运动员在半封闭的 U 型场地中进行训练时，这种装置每0.1秒便会捕捉一次数据。运动员可以将这些数据与录像相配合，查出问题所在，以进行改进。比如，数据显示，当滑板滑雪运动员腾空 - 落地过程中会经受惊人的重力——最高可达15g，是一级方程式赛车手制动时感受到的重力值的3倍。要知道，这些重力可以确保运动员调整身体的姿态，如果想要在进行下一个花哨动作时不会失控，更快的速度就等于更多的优势。

能在单板滑雪中称雄的实时数据

向赛车学习的有舵雪橇

在冬奥会的男子双人有舵雪橇比赛中，美国队自 1952 年以来就没有获得过奖牌，而自 1936 年以来没有获得过金牌。因此，在 2010 年冬奥会以后，美国队招募了来自宝马公司的工程师，对其有舵雪橇进行了彻底的分解检查。他们用类似为宝马 i3 开发的碳纤维材料代替了原来的普通玻璃纤维制作雪橇——这让雪橇减轻了6.8千克。工程师还对重量的分布进行了调整，降低了雪橇的重心，让雪橇的速度更快。

有舵雪橇赛道是目前世界上最讲究技术的赛道之一，设有倾斜的弯道和3个上升坡道。驾驶者需要非常巧妙地操控方向，才能达到可以冲击奖牌的速度——129~145千米/小时。“一旦比赛开始的助推动作完成，他们就不能像驾驶汽车一样加速和制动了，”宝马的设计师 Michael Scully 说，“驾驶有舵雪橇很大程度上要靠控制转向。”为此，来自宝马的工程师还对构成雪橇转向系统的静力绳和弹力绳的位置和长短进行了调整，以适应参赛运动员的身体条件。除此之外，宝马工程师还对有舵雪橇头部形状存在一个唯一诉求，那就是让雪橇具备更佳的空气动力性能。

向赛车学习的有舵雪橇

极度危险的运动

冬奥会运动员的整体受伤率与夏奥会相当，都在11% 左右。但国际奥委会医学和科学部的官员 Torbjorn Soligard表示，重症急性伤害在冬奥会上更为多见，因为很多的比赛项目都和高度和速度相关。一旦科学家把频发伤害作为研究目标，新的安全工具和措施就可以用来帮助降低危险性。

冬季奥运会受伤率

如今，冬季运动项目的职业运动员是如何保护自己免受伤痛之苦的呢？

护身装甲

一些滑行赛事中的猛烈撞击，比如有舵雪橇和无舵雪橇的比赛，会导致脑震荡或更严重的伤害。美国有舵雪橇队将凯夫拉衬垫装入了运动员的头盔和滑雪服中，这是一种由 Unequal 技术公司研制的、用于士兵和橄榄球运动员的防护装备。

护颈

冰鞋导致的撕裂伤在 2002 年以前的短道速滑比赛中是最常见的伤害。而此后，在滑冰服中整合类似凯夫拉的防护材料已经成了强制性的保护措施。2012 年开始，速度滑冰界还曾要求速滑运动员戴上防割伤的护颈参加比赛。

着陆缓冲垫

自由式单板滑雪选手和其他滑雪运动员都面临着严重的头部受伤危险，一些奥运选手已经因此丧生，如 2012 年去世的加拿大自由式滑雪选手 Sarah Burke。美国单板滑雪选手已经在训练时采用巨大的安全气垫，这样他们练习新技巧的时候就不必太过担心会受重伤了。

可穿戴式气囊

高山滑雪赛道周围布满了防护网，但撞击仍可能导致严重的伤害。一些顶尖的滑雪选手 ( 包括挪威的Aksel Lund Svindal) 开始测试意大利 Dainese公司研制的可穿戴式保护气囊——滑雪者后护板上的传感器会在发生碰撞时触发气囊，使之迅速展开。

定制个性化钢架雪车

在冬奥会的所有比赛项目中， 钢架雪车（俯式雪橇）可能是最令人肾上腺素激增的。运动员头朝前俯卧在特制的雪具上沿

着赛道猛冲而下，滑行速度超过 130 千米 / 小时，一旦失控，就意味着重伤或死亡。Katie Uhlaender 是雪车世界杯赛最棒的钢架雪车选手之一，她曾经表示，“比赛时我必须和自己的钢架雪车成为一体。”然而，如何对运动员进行有效保护，目前这项运动并没有太多改变。大家似乎更关心——如何让速度更快。

4 家公司从十年前开始便着手为钢架雪车项目研制一种超响应（Ultra-Responsive）雪车。像有舵雪橇一样，这种新型钢架雪车也采用了碳纤维材料制作。工程师制造了可调整的框架，能够让运动员更轻松地改变位置，而且还为每个钢架雪车配备了量身定制的钢制鞍座。“转向、空气动力——这都要靠我们的身体来控制，因此鞍座非常重要。”三次参加冬奥会钢架雪车比赛的美国运动员 Katie Uhlaender说，“我感觉乘这款钢架雪车比赛就像有了秘密武器一样。”

更快、更强的滑雪服

滑雪服不仅要能为运动员保暖， 同时它们还不能降低滑雪的速度。“百分之一秒的差距就可以让你成为滑雪赛场上的大人物或是小人物，因此每一种能让你成绩提升的方法都是有意义的。”奥运选手 Ted Ligety 说。一直以来，欧洲的滑雪队都拥有最快的滑雪服，因此美国和加拿大的滑雪雪板协会一直都试图在冬奥会上大幅提高运动装备的水平。

为美国、加拿大等国家冬奥会代表队提供滑雪服的 Spyder 公司，自上世纪 70 年代就开始将滑雪服流线化的研究工作。该公司在 90 年代中期发明的 SpeedWyre 技术——像汽车的尾翼一样延长袖口和脚管的长度——在减少风阻方面非常有效，以至于在两个赛季之后就被体育主管团体禁用了。

如今，该公司研制了一种与前者功能相似的滑雪服，它通过改变纱线直径来减少风阻，降低了填料和接缝处的迎风面积，并改变了紧身织物上压印的纹理。除此之外，科研人员还系统地分析了运动员在训练中数据，然后以这些信息重置了拉链和缝合线的位置。100 多次的风洞试验，证实这种新滑雪服的风阻比以前降低了 17%。

由于很多冬奥会举办地都在海平面附近，Ligety 认为这样的滑雪服更能体现价值所在，“届时空气会变得很重、很潮湿，因此风阻的问题更加严重。”他说。

更快、更强的滑雪服

冬奥会上还有这些装备值得关注

滑雪靴

滑雪比赛对精确度的要求不逊于力量。Fischer 公司和 Salomon 公司都开发了新的滑雪靴壳，可以根据每名运动员脚部和小腿的形状进行塑形，以帮助他们实现更精准的滑行控制。

跳台滑雪运动服

为了限制“松鼠滑雪服”在腾空飞行时的高度，跳台滑雪协会的官员在 2011 年修改了规则，规定跳台滑雪运动服必须是紧身的。

滑冰运动服

Armour 公司的速滑运动服是根据洛克希德·马丁公司计算流体力学专家意见开发的，并经过了超过300小时的风洞试验。

一颗大心脏一把好枪

很少有体育比赛项目像冬季两项一样对运动员这样要求严格。参赛选手在比赛过程中既要经历心脏加速跳动的滑雪冲刺，还要异常沉静地射击 5 个不比啤酒瓶盖大的目标——两项运动快速交替进行，在此过程中你还不能浪费一颗子弹。只要有一次射击没有打中目标，你就会被罚多走 150 米路程或多加 1 分钟时间。以下是在靶场发生的事情。

奔向靶场

0~8 秒 ： 选手滑雪到靶场，放下滑雪杖。

9~12 秒 ： 选手卸下肩上的步枪，确定射击姿势——立姿或卧姿。

13~22 秒 ： 臀部和肩膀与目标呈直角，选手把步枪枪托贴紧脸颊进行射击。第一次射击要与一次心跳结束同步。在训练时，选手用激光来练习对连续目标进行射击，就像是在瞄准靶心。所有 5 次射击大致要在 7 秒之内完成。

23~32 秒 ： 选手卸下用光的弹夹（安装在枪托上），斜挎上步枪，捡起滑雪杖，开始继续滑雪。

冠军的心脏

一名冬季两项选手 5 轮射击时的心率，他可以控制自己的心率从 180 次/分钟迅速降到 130 次/分钟。心电图上较深的线槽显示的是采用卧姿进行射击时的心率，较浅线槽显示的是采用立姿进行射击时的心率。一个导致射击速度过快和失误的原因是，心率的下降会令肌肉颤搐，并且影响瞄准。

冬季两项运动员心率图

比赛用枪剖析

A 枪托

木制薄片制作的枪托看起来有些复古，但它可以对付因温度引起的变形。这种材料还非常容易进行定制。每个赛季，选手们都会根据自己的身体情况（胖了还是瘦了）对枪托进行调整—用电磨和沙纸来消减多余的材料，或用环氧树脂油灰来增加体积。

B 枪栓

标准 5.6 毫米口径步枪的枪栓需要转动才能锁闭或打开，而最轻重量只有 3.5 千克的冬季两项比赛用枪则只需简单的推拉动作就可以完成，这样运动员才能在射击过程中一直将胳膊、胸部抵在枪托上。

C 枪管

枪管由质量最好的钢材制成——因此某些比赛用枪价格高达 5000 美元——并以珠宝的品质进行了抛光，使其在寒冷的天气里仍能保持射击精度。由于金属晶粒遇冷会收缩，标准5.6 毫米口径步枪在 -17.7℃以下的气温里就难以保持正常的射击精度了。

D 子弹

子弹的形状和尺寸可以改变，因此选手会经过多次测试，找到最为匹配的枪管和子弹。不过他们首先要做的是将子弹和枪的温度降到-15.5℃以下。

一颗大心脏外加一把好枪