高山滑雪賽道是否合格？科學儀器來甄別

　　研究人員用冰雪強度測量儀進行賽道測試。(南京天光所供圖)

　　研究人員用冰雪粒徑測量儀測量注水雪樣。(南京天光所供圖)

　　冬奧會的傳統賽事高山滑雪因兼具競技性和觀賞性，被譽為“冬奧會皇冠上的明珠”。位于北京延慶的國家高山滑雪中心設7條雪道，雪道坡度大、落差大，對“雪”和“賽道”的要求都非常高。

　　日前，《中國科學報》記者從中國科學院南京天文光學技術研究所(以下簡稱南京天光所)獲悉，該所南極天文技術團隊和中國氣象科學研究院共同研發了專門檢測賽道質量的冰雪粒徑測量儀和冰雪強度測量儀，將高山滑雪賽道的檢測由過去以人工經驗為主，改為用科學儀器定量檢測。

　　冰狀雪賽道要求高

　　高山滑雪賽事大多采用冰狀雪賽道，什么是冰狀雪呢?南京天光所副研究員溫海焜介紹，高山滑雪賽道表面必須保持結晶狀態，近似于冰面，這種雪被稱為冰狀雪，可減小雪板和雪道之間的摩擦力，使得雪道不易被破壞。

　　另外，不同的比賽項目，比如競技和競速對于冰狀雪賽道的要求也不一樣，但都要求在運動員高速轉彎的情況下雪道表面保證平整光滑，確保選手不論第幾個出場，雪道的狀態都處于相對完美狀態，進而保證比賽的公平性。

　　為了打造出符合國際標準的冰狀雪賽道，“科技冬奧”重點專項2020的“不同氣候條件下冰狀雪賽道制作關鍵技術”項目團隊經過多次技術攻關演練，在較短的時間里，熟練地掌握了制作冰狀雪賽道的注水量、低溫板結時間等關鍵技術。

　　“冰狀雪賽道的制作首先要通過雪地車將基礎雪面壓實壓緊，然后再進行注水制作。”作為項目團隊成員，溫海焜告訴《中國科學報》，如果冰狀雪比較軟，運動員滑行時就會陷在雪里面;如果冰狀雪特別硬，運動員在滑行過程中很容易受傷。

　　因此，冰狀雪賽道既要求有一定的強度，又要求有一定的彈性和抓地力。

　　形成注水最佳方案

　　冰狀雪制作首先需要通過雪地車將基礎雪面壓實壓緊，然后再進行注水，注水板結一定時間后水分下沉，再由人工一遍一遍地清除直至形成光滑的雪道。

　　過去，判斷冰狀雪賽道是否合格的通常做法是，由裁判員在賽道上踩一踩、滑一滑，憑經驗作出判斷。

　　“科技冬奧”專項希望通過科學指標，為冰狀雪賽道制作標準提供參考依據。冰雪粒徑測量儀和冰雪強度測量儀在設計上充分考慮了人工造雪的特殊情況就，可以用于測量冰狀雪面軟硬程度。

　　2020 年 11 月至 2021 年 3 月，南京天光所南極天文技術團隊在冬奧會舉辦地北京延慶、河北張家口以及黑龍江哈爾濱亞布力冬季體育訓練基地，對不同氣候條件、不同注水強度的冰狀雪賽道進行了粒徑及冰雪強度測試，獲得了不同深度冰雪粒徑變化圖和冰雪強度變化圖。

　　"在不同的天氣情況下制作標準的冰狀雪賽道，注水強度和時間都有所不同。" 溫海焜表示，尤其是每年2～3月，北京延慶、河北張家口等地方的溫度相對比較高，冰狀雪賽道的注水方案也需要做相應的調整。冰雪粒徑測量儀和冰雪強度測量儀就是用于檢測這些注水方案是否合適

　　“冰雪粒徑測量儀重約2公斤，冰雪強度測量儀重約10公斤，雖然上山有纜車，但下山就苦了不會滑雪的我們，幾乎是半滾著下來。”溫海焜等人最終克服困難，提供了準確的實驗數據，幫助項目團隊形成最佳注水方案。

　　保證南極望遠鏡地基穩定

　　溫海焜告訴《中國科學報》，冰雪粒徑測量儀和冰雪強度測量儀的研制初衷是用于檢測我國南極昆侖站地區的冰雪地基承載力，未來將有一臺2.5米大視場高分辨率光學紅外望遠鏡在昆侖站架設。

　　昆侖站所在的南極“冰蓋之巔”——冰穹A，是南極冰蓋的最高點，最低氣溫-81.5℃，年平均溫度-58.7℃，是世界年均溫度最低的地區。冰穹A地區空氣稀薄，含氧量僅為內陸的60%左右，被學者稱為“不可接近之極”。

　　“昆侖站有著非常優良的天文觀測條件，是極佳的天文觀測臺站，目前已經在此安置了三臺光學望遠鏡。”溫海焜介紹，“2.5米大視場高分辨率光學紅外望遠鏡需要架設在15米高的塔架上，我們要確保望遠鏡的晃動小于微米級，進而保證天文觀測的準確性。

　　昆侖站的雪層厚度近4000米，自然雪的密度、強度如果不經過處理的話，是無法滿足望遠鏡假設地基要求的。另外，南極冬夏季溫差較大，夏季的冰面地基因溫度上升會松動。

　　“為此，在架設望遠鏡前，我們需要對地基進行加固和隔熱處理，以保證地基穩定。這就需要用到冰雪粒徑測量儀和冰雪強度測量儀。”溫海焜說，南京天光所南極團隊從2018年就開始相關測試和研究工作，研制出原理樣機，并在“科技冬奧”專項中率先使用。

　　他透露，未來兩個儀器還將進一步應用于南北極，凍土圈，比如極地機場修建、雪的光反射率測算等。