冬奥会人工造雪是哪家公司做的(人工造雪技术被国外封锁)
大气固态降水是多种多样的, 雪是其中一种最 广泛、最普遍、最主要的形式。雪是大气中以晶态存在的水。 大气中聚集的细小水滴, 经过冷空气冷却形成过冷, 空气中的水汽呈现过饱和状态, 水就可以凝结从汽态变成液 态, 或直接凝华变成固体冰晶。
在低温环境作用下, 过冷的微小水滴可以形成细小的冰晶核, 且大气中存在的气溶胶颗粒也会形成晶核。 随着水蒸气在晶核上的继续成长, 低温环境促成了各种各样雪晶的形成, 并通过冰晶融合积聚作用, 使雪晶继续长大成为雪晶的聚集体, 当这种聚合体的重量超过空气的浮力后就会形成自然的降雪。
在自然界中, 空气中赋存的水汽想要结晶, 形 成降雪必须具备三个条件:( 1) 空气中的水汽处于饱和;( 2) 空气里必须有凝结核;( 3) 必要的环境温度和水蒸汽过饱和度条件。
人工造雪技术有多难
但并非所有晶核都能生长,晶核半径要大于临界半径,自由能逐渐减小,晶核才能 稳定形成新相并生成雪晶 。因此,人工造雪技术难度非常高,尤其是要造出适合冬奥会滑雪赛道使用的冰状雪。
比起天然降落的,呈现精致完美六角形的雪花,人造雪在美感上望尘莫及,因为它实际上是被打成碎末的不规则小冰粒,尽管不好看,但它的密度是自然降雪的两倍多,融化慢,铺成的雪道也更结实,和滑雪板的摩擦力更小。
此外,人造雪的冰粒大小可以根据赛事不同的需要设计,既可以让它的直径接近自然雪的0.3mm,保证冰粒容易融合,雪道适合滑雪者做出旋转等花样动作,又可以增大人造雪冰粒直径,减小雪道摩擦力,帮助速滑选手再创佳绩。
而冰状雪指的是一种雪质形态,单位立方米中的雪层很多,水的密度很大,雪的硬度很高,其表面有一层薄的硬冰壳。无论是天然雪还是人造雪,都需要通过注水、板结、塑形才能达到“冰状雪”的标准。由这种雪制作出的赛道,表面近似于冰面、硬度极高,可以减小雪板和雪道之间的摩擦力,使得雪道不易被破坏。在运动员高速转弯的情况下还能保证雪道表面平整光滑。
2015 年 6 月,国际奥委会在肯定北京具备举办赛事能力的同时,提出延庆和张家口赛区必须依赖人工造雪 。
中国攻克人工造雪技术而人工造雪技术尤其是冰状雪技术被国外封锁,甚至赛道雪的参数标准中国也无法拿到,中国只能自己进行攻克,这2015年之前,国内的很多专家甚至都没听说过“冰状雪”这个概念。
为此,2017年,在中国科学院院士秦大河带领下北京冬奥会赛事用雪保障,关键技术研究团队正式组建。
人工造雪系统由供水系统和造雪机末端组成,滑雪场一般选址在有一定海拔高度的斜坡,海拔高度多为 200~2 000 m。 水源设置在坡底,供水泵需要克服重力损失和沿程阻 力将造雪用水输送至在滑雪道上均匀分布的造雪机。
而一条合格的冰状雪雪道,要经历反复的铺雪、压实、注水结冰的步骤,100cm的雪要被压雪车压到10cm以下。可想而知,这样的雪道融化速度远远比自然降雪要慢。此外,前面提到过,赛事所用人造雪中加入了特殊的化学成分,使我们使用的人造雪更难以融化。在这基础上,工作人员还会定期用雪硬度计、冰雪粒径检测仪等检测赛道状况,并重新造雪、压雪,保证赛道始终处于良好状态之下。
造雪过程看似简单,铺雪、注水就行,但铺多厚的雪,隔多久注水等都无具体参数,为此,研究团队常常要在零下20度的环境中工作十几个小时。
经过4年的努力,2021年,中国研究团队完全攻克人工造雪技术,中国人自主打造了冰状雪赛道,冰雪硬度测量仪和冰雪粒径测量仪等冰状雪赛道专业监测设备也实现国产化
除此之外,中国冬奥会滑雪场优先利用收集贮存的天然降水、地表径流等作为人工造雪水源。人工造雪系统采用目前世界最先进的高效节水人工造雪设备和智能化造雪系统,能够根据外界环境动态保持最佳造雪效率,节约用水。通过对气象等情况的实时监测,选择最适宜的条件下启动造雪机,有效保证了区域用水安全和生态环境。
总结
在对人工造雪技术研究的过程中,中国想要的不仅是掌握这项技术,更想要的是条完整的生产线更是关键。
因为人造雪的机器是不可能从国外买了,就跟光刻机一样,被卡着脖子,就算卖给你的,也是那些几十年前淘汰下来的机器,根本用不了,而只有打造一条完整的产业链,我们才能避免在各个环节被国外卡脖子。
而最终,中国成功实现了,我们成功实现了人造雪机器和除雪机器的批量化生产,也并且发明了独特的储存雪技术,存雪技术大大减少了雪的损耗,提高了人造雪在赛道上的耐久性。除此之外,中国也成功打造了双人雪车、四人雪车,实现了国产雪车,“零的突破”。
这不仅使得冬奥会能够顺利开展,也让中国跻身人造雪行业的世界前列。最后,也让我们向科研人员致敬。
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