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。藝術與創意完美的結合離不開科學的驗證，有一支隊伍負責將想象落地。他們是來自北京交通大學的一群了解風、分析風、利用風的馭風人。
內場“大雪花”1/20縮尺模型風洞試驗。 北京交通大學供圖
讓“大雪花”經受住風的考驗
自2018年起，作為風洞實驗室研究團隊，北京交通大學教授李波與課題組成員就開始投入到冬奧場館建設與運動員輔助訓練中，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並傾斜於地面，火炬手將火炬插入，繼而起吊升空、旋轉。憑藉著提供建國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諮詢工作。李波意識到，保障“大雪花”的點火功能是關鍵，立馬組成了攻關團隊設計方案。
這期間，他們反覆試驗，初版“大雪花”模型質地輕薄，無法進行傳統的建築物風洞試驗模型搭建，團隊經過多次修正，最後採用鋁合金3D打印製作出試驗所需的高保真縮尺模型，逼真程度讓主火炬設計團隊大為讚歎。
經過多次試驗，團隊發現按照原方案，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整為“懸挂+支架”的方式，保證“大雪花”的穩定性，確保點火儀式順利舉行。
3D打印火炬內飄帶。 哈爾濱工業大學供圖
冬奧火炬零排放背後的奧秘
2月4日晚，北京冬奧會開幕式在國家體育場隆重舉行，隨着最後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，哈爾濱工業大學材料學院蘇彥慶教授團隊的3D打印技術有效助力了北京冬奧會零碳排放火炬的研發和製造。
蘇彥慶教授團隊對多種3D打印材料進行了測試和優化，對火炬內部結構進行了成形工藝優化，對燃燒器3D打印工藝進行了系統驗證和改進，最後成功製備出完全滿足要求的氫火炬及其燃燒系統，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打印火炬內部的緻密度接近鍛態，以保證內部燃燒器氣密性要求和火炬表面拋光質量要求。蘇彥慶教授團隊及哈特三維技術團隊對3D打印裝備進行了改進，配套研發了新型打印工藝，進一步提升了打印效率和打印火炬內部質量，滿足了火炬生產的各方面要求。
北理工團隊的太赫茲遙感技術。 北京理工大學供圖
為冬奧賽場的大氣層“做CT”
高山滑雪、跳台滑雪、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重要。北京理工大學張軍院士、集成電路與電子學院呂昕、胡偉東團隊與國家衛星氣象中心合作，採用風雲三號氣象衛星獲取北京——張家口區域的遙感數據，為冬奧賽場提供精準的溫度、濕度、風場和降雪等天氣預報信息。
“要對冬奧天氣作出預測，首先要有足夠的天氣數據，需要通過風雲三號氣象衛星搭載的微波成像儀(MWRI)來獲取海量信息。”團隊負責人胡偉東介紹道。
風雲三號氣象衛星可全天候、全天時觀測大氣，在探測波段方面實現了紫外、可見、紅外和微波的全波譜探測。依託強大的風雲三號氣象衛星，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、地表參數、海洋動力環境參數等數據。同時，北理工團隊利用微波太赫茲遙感技術探測衛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。可以說，該團隊藉助風雲三號氣象衛星給大氣層做了一個“CT”，全方位了解大氣的狀態。
科技冬奧重點專項研發的L4級智能汽車。 清華大學供圖
冬奧園區里的無人駕駛“汽車總動員”
在北京冬奧會首鋼示範園區內，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、路徑規劃、智能調度等。這就是由清華大學與首鋼集團牽頭，聯合百度、智行者、福田等多家參與單位研製的全天候多車型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開發及首鋼園區功能示範（科技冬奧）”的項目負責人，清華大學車輛與運載學院楊殿閣教授從2018年起帶領團隊針對冬奧全天候運行的特殊工況，圍繞“車”“路”“雲”“仿真”“示範”，研發了中巴公交等七種類型的無人車；建設了首鋼園區智慧道路，開發了智能網聯汽車雲端控制與調度平台，實現對無人駕駛汽車的實時監控與遠程調度。
“面向冬奧複雜多變極寒天氣以及中國的人車混雜複雜道路交通場景，在自動駕駛相關技術研發過程中，團隊基於清華多學科優勢，聯合多家單位進行技術攻關，實現了全天候高級別自動駕駛技術並向全世界展示。”楊殿閣說。
據悉，該項目研發的多種車型L4級自動駕駛車輛，結合了首鋼冬奧園區實際應用需求，圍繞首鋼冬奧園區無人接駁、無人公交、無人清潔、無人文件及快遞派送、共享約車等實際應用場景，為2022年北京冬奧會自動駕駛示範提供了強有力的技術支撐與保障。
（整理：中青報·中青網記者 葉雨婷）