內(nèi)場“大雪花”1/20縮尺模型風洞試驗。 北京交通大學(xué)供圖

3D打印火炬內(nèi)飄帶。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)供圖

北理工團隊的太赫茲遙感技術(shù)。 北京理工大學(xué)供圖

科技冬奧重點專項研發(fā)的L4級智能汽車。 清華大學(xué)供圖

讓“大雪花”經(jīng)受住風的考驗

2月4日，立春之日。晶瑩的“大雪花”在鳥巢綻放，冬奧開幕式盛典如約而至。藝術(shù)與創(chuàng)意完美的結(jié)合離不開科學(xué)的驗證，有一支隊伍負責將想象落地。他們是來自北京交通大學(xué)的一群了解風、分析風、利用風的馭風人。

自2018年起，作為風洞實驗室研究團隊，北京交通大學(xué)教授李波與課題組成員就開始投入到冬奧場館建設(shè)與運動員輔助訓(xùn)練中，涉及冬奧會開幕式。風洞實驗室的研究人員要做的工作就是“讓風的影響消失”。

2021年7月，李波接到北京冬奧組委會的通知，需驗證“大雪花”的點火方案，原方案是將其從場館頂部懸吊下來并傾斜于地面，火炬手將火炬插入，繼而起吊升空、旋轉(zhuǎn)。憑借著提供新中國成立70周年慶典花車、建黨百年慶典紅色拱門等重要項目的抗風咨詢工作。李波意識到，保障“大雪花”的點火功能是關(guān)鍵，立馬組成了攻關(guān)團隊設(shè)計方案。

這期間，他們反復(fù)試驗，初版“大雪花”模型質(zhì)地輕薄，無法進行傳統(tǒng)的建筑物風洞試驗?zāi)Ｐ痛罱ǎ瑘F隊經(jīng)過多次修正，最后采用鋁合金3D打印制作出試驗所需的高保真縮尺模型，逼真程度讓主火炬設(shè)計團隊大為贊嘆。

經(jīng)過多次試驗，團隊發(fā)現(xiàn)按照原方案，無論風速如何，“大雪花”總是控制不住地左右搖擺，火炬手根本無法將火炬插入到大雪花中。最終，團隊提出建議將原方案調(diào)整為“懸掛+支架”的方式，保證“大雪花”的穩(wěn)定性，確保點火儀式順利舉行。

冬奧火炬零排放背后的奧秘

2月4日晚，北京冬奧會開幕式在國家體育場隆重舉行，隨著最后一棒火炬手將火炬放入“雪花”中央，星光璀璨，“雪花”綻放。在這其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院蘇彥慶教授團隊的3D打印技術(shù)有效助力了北京冬奧會零碳排放火炬的研發(fā)和制造。

蘇彥慶教授團隊對多種3D打印材料進行了測試和優(yōu)化，對火炬內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了成形工藝優(yōu)化，對燃燒器3D打印工藝進行了系統(tǒng)驗證和改進，最后成功制備出完全滿足要求的氫火炬及其燃燒系統(tǒng)，保障了冬奧會主火炬燃燒的可靠性。

此外，為保證火炬外觀質(zhì)量和燃燒效果，除要求尺寸精度準確外，還需要保證3D打印火炬內(nèi)部的致密度接近鍛態(tài)，以保證內(nèi)部燃燒器氣密性要求和火炬表面拋光質(zhì)量要求。蘇彥慶教授團隊及哈特三維技術(shù)團隊對3D打印裝備進行了改進，配套研發(fā)了新型打印工藝，進一步提升了打印效率和打印火炬內(nèi)部質(zhì)量，滿足了火炬生產(chǎn)的各方面要求。

為冬奧賽場的大氣層“做CT”

高山滑雪、跳臺滑雪、越野滑雪……每一項運動都與天氣的變化密不可分，準確把握風向、溫度、濕度等信息對賽事保障至關(guān)重要。北京理工大學(xué)張軍院士、集成電路與電子學(xué)院呂昕、胡偉東團隊與國家衛(wèi)星氣象中心合作，采用風云三號氣象衛(wèi)星獲取北京——張家口區(qū)域的遙感數(shù)據(jù)，為冬奧賽場提供精準的溫度、濕度、風場和降雪等天氣預(yù)報信息。

“要對冬奧天氣作出預(yù)測，首先要有足夠的天氣數(shù)據(jù)，需要通過風云三號氣象衛(wèi)星搭載的微波成像儀(MWRI)來獲取海量信息?！眻F隊負責人胡偉東介紹道。

風云三號氣象衛(wèi)星可全天候、全天時觀測大氣，在探測波段方面實現(xiàn)了紫外、可見、紅外和微波的全波譜探測。依托強大的風云三號氣象衛(wèi)星，北理工科研團隊可以獲取全球、全天候、三維、適時準確的大氣參數(shù)、地表參數(shù)、海洋動力環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)。同時，北理工團隊利用微波太赫茲遙感技術(shù)探測衛(wèi)星所搭載的微波成像儀(MWRI)，即可獲取雪深、雪水當量等重要的積雪參數(shù)?？梢哉f，該團隊借助風云三號氣象衛(wèi)星給大氣層做了一個“CT”，全方位了解大氣的狀態(tài)。

冬奧園區(qū)里的無人駕駛“汽車總動員”

在北京冬奧會首鋼示范園區(qū)內(nèi)，不同類型的自動駕駛車輛正在來回穿梭。與一般車輛不同的是，這些車沒有駕駛員直接操作，卻可以熟練地進行自主避障、路徑規(guī)劃、智能調(diào)度等。這就是由清華大學(xué)與首鋼集團牽頭，聯(lián)合百度、智行者、福田等多家參與單位研制的全天候多車型L4級無人駕駛汽車。

作為北京市科技冬奧專項“全天候多車型自動駕駛技術(shù)開發(fā)及首鋼園區(qū)功能示范（科技冬奧）”的項目負責人，清華大學(xué)車輛與運載學(xué)院楊殿閣教授從2018年起帶領(lǐng)團隊針對冬奧全天候運行的特殊工況，圍繞“車”“路”“云”“仿真”“示范”，研發(fā)了中巴公交等七種類型的無人車；建設(shè)了首鋼園區(qū)智慧道路，開發(fā)了智能網(wǎng)聯(lián)汽車云端控制與調(diào)度平臺，實現(xiàn)對無人駕駛汽車的實時監(jiān)控與遠程調(diào)度。

“面向冬奧復(fù)雜多變極寒天氣以及中國的人車混雜復(fù)雜道路交通場景，在自動駕駛相關(guān)技術(shù)研發(fā)過程中，團隊基于清華多學(xué)科優(yōu)勢，聯(lián)合多家單位進行技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)了全天候高級別自動駕駛技術(shù)并向全世界展示。”楊殿閣說。

據(jù)悉，該項目研發(fā)的多種車型L4級自動駕駛車輛，結(jié)合了首鋼冬奧園區(qū)實際應(yīng)用需求，圍繞首鋼冬奧園區(qū)無人接駁、無人公交、無人清潔、無人文件及快遞派送、共享約車等實際應(yīng)用場景，為2022年北京冬奧會自動駕駛示范提供了強有力的技術(shù)支撐與保障。