【科學(xué)時(shí)報(bào)】朱東華：奧運(yùn)開幕式的科技解讀
發(fā)布日期：2008-08-11 閱讀次數(shù)：
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作者：朱東華 來源：科學(xué)網(wǎng)-科學(xué)時(shí)報(bào)2008年08月11日頭版
“科技奧運(yùn)”作為北京奧運(yùn)會(huì)的三大理念之一，在開幕式上得到了充分展現(xiàn),。創(chuàng)新方案和高新技術(shù)的大量結(jié)合,，使得北京向世界完美呈現(xiàn)了一場(chǎng)精彩的文化視覺盛宴。北京奧運(yùn)會(huì)開幕式采用了歷屆奧運(yùn)會(huì)最復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng),，應(yīng)用了大量世界尖端的新技術(shù),，涉及多個(gè)領(lǐng)域，包括地面升降舞臺(tái),、焰火,、地面LED系統(tǒng)、指揮系統(tǒng),、通信系統(tǒng)等,，航天材料也運(yùn)用到開幕式上。
開幕式活動(dòng)的技術(shù)應(yīng)用分為兩個(gè)部分：其一是觀眾可直觀體驗(yàn)的“臺(tái)前”部分,，是技術(shù)與創(chuàng)意方案的完美結(jié)合；其二是幕后支持部分，即為保障開幕式活動(dòng)順利進(jìn)行的技術(shù)應(yīng)用,。
舞臺(tái)與道具技術(shù)
本屆奧運(yùn)會(huì)開幕式舞臺(tái)和道具的技術(shù)應(yīng)用是一個(gè)較大的亮點(diǎn),。場(chǎng)地中央出現(xiàn)的LED屏幕長(zhǎng)147米、寬22米,，是歷屆開幕式科技含量最高的一個(gè)舞臺(tái),。該屏幕上共鋪設(shè)4.4萬顆LED。LED制造的光影效果幻化出各種圖案,，將觀眾引入夢(mèng)幻般的世界中,。在大量的測(cè)試試驗(yàn)后，高科技材料的LED地面完全經(jīng)得住演員踩踏,、水浸等考驗(yàn),。在視覺上，兩個(gè)卷軸在緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)著,，實(shí)際它們沒有旋轉(zhuǎn),，只是平移，像兩扇門一樣,。為了造成旋轉(zhuǎn)的效果,，技術(shù)人員通過不同線束在不同狀態(tài)下發(fā)光的原理，用LED燈漸次熄滅和點(diǎn)亮的原理,，制造成旋轉(zhuǎn)的效果,。此外，畫軸中部的畫紙直徑2米,，長(zhǎng)度76米,，它其實(shí)真的是一張紙，只是經(jīng)過了特殊的處理,，它是自帶蓄電池的,，能自動(dòng)打開、關(guān)閉,。
可以說,，本次應(yīng)用LED產(chǎn)生的光影效果是歷屆奧運(yùn)開幕式效果之最，為本屆開幕式成功奠定了基礎(chǔ),。
開幕式中出現(xiàn)的巨型“地球”舞臺(tái)也是一個(gè)亮點(diǎn),。“地球”上有58名演員用鋼絲拉著,，像失重般進(jìn)行倒立行走及空翻等高難度動(dòng)作,。這項(xiàng)技術(shù)是國(guó)內(nèi)首次使用，國(guó)外也不多見,。
“球”是用特制鋼絲連接成的環(huán),，或者說是一個(gè)巨型燈籠比較合適,。它總共有9個(gè)鋼環(huán)，環(huán)與環(huán)之間其實(shí)是細(xì)網(wǎng)狀的特質(zhì)鋼絲相連,。在地上的時(shí)候它就是一串鋼絲穿起的環(huán),，只有拉到空中完全展開了，它才是個(gè)球,。球體直徑18米,，空間從上到下分為5個(gè)層次。
演出核心的中心舞臺(tái),，是一個(gè)直徑20米的升降臺(tái),，藏在體育場(chǎng)中央的巨大地坑中，地坑頂端的蓋板可以平移,?！爱嬢S”和“地球”都從這個(gè)地坑升起。而“地球”是先壓縮在地下的,，也就是說,，球體結(jié)構(gòu)必須是柔性的。而用升降臺(tái)升起球體之后,，演員需要在球體的立面上表演,，因此升起后又要具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，才能保障演出的安全和效果,。高科技的鋁合金感光材料,，讓“地球”能夠保證演出的各項(xiàng)需求。
焰火技術(shù)
本屆奧運(yùn)會(huì)開幕式的焰火技術(shù)堪稱歷屆奧運(yùn)會(huì)之最,。象征奧運(yùn)會(huì)一步步走向北京的29個(gè)大腳印,，從“鳥巢”內(nèi)壁飛瀉而下的“星星瀑布”……北京奧運(yùn)會(huì)焰火技術(shù)上獲得了不少突破。8月8日晚20時(shí)3分55秒,，第一個(gè)特效焰火“腳印”從永定門南升空,，穿過天安門廣場(chǎng)，沿著古都中軸線一路向北,，以平均2秒一步的速度向北進(jìn)發(fā),，歷時(shí)63秒，經(jīng)過29步到達(dá)“鳥巢”上空,。
焰火實(shí)施方案采用的是膛壓發(fā)射專利技術(shù),。這項(xiàng)技術(shù)能夠通過控制膛內(nèi)壓力和發(fā)射高度，同時(shí)發(fā)射幾十發(fā)彈丸,，在同一高度起爆,，還可調(diào)整形成不同造型。其平面造型如“大腳印”,、“笑臉”等十分成功,。
由于焰火表演發(fā)射點(diǎn)分布在許多地方,，如何保證時(shí)間上的緊密配合？這就要用到國(guó)家科技部立項(xiàng)支持的空氣發(fā)射技術(shù),。該項(xiàng)技術(shù)利用高壓空氣和芯片焰火彈,，在芯片設(shè)定的時(shí)間起爆,，使理論上的時(shí)間誤差僅有幾毫秒,。
由國(guó)家科技部立項(xiàng)支持的還有一項(xiàng)焰火項(xiàng)目“微煙煙花”。專家們通過對(duì)焰火的配方進(jìn)行調(diào)整,，改變了傳統(tǒng)使用的原料,，大大減少了焰火燃放后的煙塵污染。北京奧運(yùn)會(huì)開幕式上盡管燃放了4萬余發(fā)焰火,，但所造成的煙塵污染卻為近幾屆奧運(yùn)會(huì)開幕式最少的一屆,。
主火炬技術(shù)
本屆奧運(yùn)會(huì)主火炬塔由航天科工集團(tuán)下屬企業(yè)南京航天晨光負(fù)責(zé)研制，主火炬的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用了相關(guān)的航天技術(shù),。根據(jù)反饋信息,，控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行方向、速度,。直徑3米多,、行程11米多的主火炬，運(yùn)行控制誤差還不到2毫米,，精確度達(dá)到萬分之二,。
航天晨光科技團(tuán)隊(duì)在控制火焰高度的裝置、點(diǎn)火自動(dòng)控制方法,、新型高能點(diǎn)火器等方面取得了卓有成效的研究成果,，在模擬大雨、大風(fēng),、雷電環(huán)境下對(duì)它進(jìn)行高強(qiáng)度測(cè)試,。其中燃燒塔火焰調(diào)節(jié)裝置、長(zhǎng)明火燃燒器,、高能點(diǎn)火器,、回旋式燃燒器等，均獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專利,。
氣象技術(shù)
8日晚20時(shí)至24時(shí),，一條暴雨云帶自西南向東北頑強(qiáng)地向北京城進(jìn)發(fā)、向“鳥巢”進(jìn)發(fā),。氣象部門自8日下午16時(shí)到23時(shí)39分,，共在北京21個(gè)作業(yè)點(diǎn)持續(xù)發(fā)射1104枚火箭彈，將其成功攔截在北京城外,。
直到2008年北京奧運(yùn)會(huì)開幕式結(jié)束,，國(guó)家主體育場(chǎng)“鳥巢”滴雨未下,，暴雨中心區(qū)河北保定以北地區(qū)最大雨量達(dá)100多毫米、房山降雨量25毫米,。氣象專家表示,，這是中國(guó)有史以來最大規(guī)模的有組織、有計(jì)劃成功實(shí)施的人工影響天氣作業(yè),，也是奧運(yùn)史上在開幕式階段首次實(shí)現(xiàn)人工消雨,。
轉(zhuǎn)播技術(shù)
本屆奧運(yùn)會(huì)開幕式首次全部實(shí)現(xiàn)全高清電視信號(hào)轉(zhuǎn)播?！爸袊?guó)式畫卷”的清晰展現(xiàn),，讓全球40億觀眾通過電視記住了北京奧運(yùn)會(huì)的開幕式。作為科技奧運(yùn)的一個(gè)重要體現(xiàn),，中國(guó)網(wǎng)通第一次采用無壓縮高清視頻傳送技術(shù),，將原始的高清電視信號(hào)完全沒有損傷地在國(guó)際間傳送，僅有數(shù)十毫秒的時(shí)延,，這意味著電視觀眾幾乎可以與現(xiàn)場(chǎng)觀眾同時(shí)看到比賽場(chǎng)面,，在交互式節(jié)目中也不會(huì)再有遲滯的感覺，從而使長(zhǎng)距離高清視頻,、音頻交互成為可能,。
8月8日，通過網(wǎng)絡(luò)了解開幕式盛況的視頻觀眾也超過了歷屆奧運(yùn)會(huì),。中國(guó)網(wǎng)通兌現(xiàn)了“寬帶奧運(yùn)”的承諾,，鋪設(shè)的跨太平洋直達(dá)光纜(TPE)連接了中國(guó)、韓國(guó)和美國(guó),，是中國(guó)目前容量最大,、跨度最長(zhǎng)、技術(shù)最先進(jìn)的海底光纜系統(tǒng),可確保500多萬寬帶用戶同時(shí)登錄訪問,，被稱為“跨太平洋的信息高速公路”,。
安保技術(shù)
開幕式現(xiàn)場(chǎng)，部署輻射,、生物,、化學(xué)、爆炸,、武力突擊,、刑事偵查、防暴處置,、氣象監(jiān)測(cè),、院前急救、空勤保障等10支專業(yè)處置隊(duì)伍,，在各類人群集結(jié),、疏散路線的主要道路和交匯點(diǎn)部署了專業(yè)處突力量,，同時(shí)配備了眾多世界領(lǐng)先的安保武器：如進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)的“排爆機(jī)器人”，它們可用于在多種復(fù)雜地形條件下進(jìn)行排爆,；排爆服能夠防護(hù)爆炸后產(chǎn)生的超壓,、碎片、沖擊波,，對(duì)排爆專家進(jìn)行全方位的保護(hù),；此外還動(dòng)用了地空導(dǎo)彈參加北京奧運(yùn)安保。
（作者為北京理工大學(xué)教授,，國(guó)家自然科學(xué)基金奧運(yùn)科技重點(diǎn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,。）
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