朱東華:奧運開幕式的科技解讀

作者為國家自然科學基金奧運科技重點項目負責人

2008年08月11日09:40  來源:中國科學報

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  “科技奧運”作為北京奧運會的三大理念之一,在開幕式上得到了充分展現。創新方案和高新技術的大量結合,使得北京向世界完美呈現了一場精彩的文化視覺盛宴。北京奧運會開幕式採用了歷屆奧運會最復雜的技術系統,應用了大量世界尖端的新技術,涉及多個領域,包括地面升降舞台、焰火、地面LED系統、指揮系統、通信系統等,航天材料也運用到開幕式上。

  開幕式活動的技術應用分為兩個部分:其一是觀眾可直觀體驗的“台前”部分,是技術與創意方案的完美結合﹔其二是幕后支持部分,即為保障開幕式活動順利進行的技術應用。

  舞台與道具技術

  本屆奧運會開幕式舞台和道具的技術應用是一個較大的亮點。場地中央出現的LED屏幕長147米、寬22米,是歷屆開幕式科技含量最高的一個舞台。該屏幕上共鋪設4.4萬顆LED。LED制造的光影效果幻化出各種圖案,將觀眾引入幻般的世界中。在大量的測試試驗后,高科技材料的LED地面完全經得演員踩踏、水浸等考驗。在視覺上,兩個卷軸在緩慢地轉動著,實際它們沒有旋轉,只是平移,像兩扇門一樣。為了造成旋轉的效果,技術人員通過不同線束在不同狀態下發光的原理,用LED燈漸次熄滅和點亮的原理,制造成旋轉的效果。此外,畫軸中部的畫紙直徑2米,長度76米,它其實真的是一張紙,只是經過了特殊的處理,它是自帶蓄電池的,能自動打開、關閉。

  可以說,本次應用LED產生的光影效果是歷屆奧運開幕式效果之最,為本屆開幕式成功奠定了基礎。

  開幕式中出現的巨型“地球”舞台也是一個亮點。“地球”上有58名演員用鋼絲拉著,像失重般進行倒立行走及空翻等高難度動作。這項技術是國內首次使用,國外也不多見。

  “球”是用特制鋼絲連接成的環,或者說是一個巨型燈籠比較合適。它總共有9個鋼環,環與環之間其實是細網狀的特質鋼絲相連。在地上的時候它就是一串鋼絲穿起的環,隻有拉到空中完全展開了,它才是個球。球體直徑18米,空間從上到下分為5個層次。

  演出核心的中心舞台,是一個直徑20米的升降台,藏在體育場中央的巨大地坑中,地坑頂端的蓋板可以平移。“畫軸”和“地球”都從這個地坑升起。而“地球”是先壓縮在地下的,也就是說,球體結構必須是柔性的。而用升降台升起球體之后,演員需要在球體的立面上表演,因此升起后又要具有很強的穩定性,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”能夠保証演出的各項需求。

  焰火技術

  本屆奧運會開幕式的焰火技術堪稱歷屆奧運會之最。象征奧運會一步步走向北京的29個大腳印,從“鳥巢”內壁飛瀉而下的“星星瀑布”……北京奧運會焰火技術上獲得了不少突破。8月8日晚20時3分55秒,第一個特效焰火“腳印”從永定門南升空,穿過天安門廣場,沿著古都中軸線一路向北,以平均2秒一步的速度向北進發,歷時63秒,經過29步到達“鳥巢”上空。

  焰火實施方案採用的是膛壓發射專利技術。這項技術能夠通過控制膛內壓力和發射高度,同時發射幾十發彈丸,在同一高度起爆,還可調整形成不同造型。其平面造型如“大腳印”、“笑臉”等十分成功。

  由於焰火表演發射點分布在許多地方,如何保証時間上的緊密配合?這就要用到國家科技部立項支持的空氣發射技術。該項技術利用高壓空氣和芯片焰火彈,在芯片設定的時間起爆,使理論上的時間誤差僅有幾毫秒。

  由國家科技部立項支持的還有一項焰火項目“微煙煙花”。專家們通過對焰火的配方進行調整,改變了傳統使用的原料,大大減少了焰火燃放后的煙塵污染。北京奧運會開幕式上盡管燃放了4萬余發焰火,但所造成的煙塵污染卻為近幾屆奧運會開幕式最少的一屆。

  主火炬技術

  本屆奧運會主火炬塔由航天科工集團下屬企業南京航天晨光負責研制,主火炬的驅動系統設計使用了相關的航天技術。根據反饋信息,控制系統能夠自動調整設備運行方向、速度。直徑3米多、行程11米多的主火炬,運行控制誤差還不到2毫米,精確度達到萬分之二。

  航天晨光科技團隊在控制火焰高度的裝置、點火自動控制方法、新型高能點火器等方面取得了卓有成效的研究成果,在模擬大雨、大風、雷電環境下對它進行高強度測試。其中燃燒塔火焰調節裝置、長明火燃燒器、高能點火器、回旋式燃燒器等,均獲得國家知識產權局實用新型專利。

  氣象技術

  8日晚20時至24時,一條暴雨雲帶自西南向東北頑強地向北京城進發、向“鳥巢”進發。氣象部門自8日下午16時到23時39分,共在北京21個作業點持續發射1104枚火箭彈,將其成功攔截在北京城外。

  直到2008年北京奧運會開幕式結束,國家主體育場“鳥巢”滴雨未下,暴雨中心區河北保定以北地區最大雨量達100多毫米、房山降雨量25毫米。氣象專家表示,這是中國有史以來最大規模的有組織、有計劃成功實施的人工影響天氣作業,也是奧運史上在開幕式階段首次實現人工消雨。

  轉播技術

  本屆奧運會開幕式首次全部實現全高清電視信號轉播。“中國式畫卷”的清晰展現,讓全球40億觀眾通過電視記住了北京奧運會的開幕式。作為科技奧運的一個重要體現,中國網通第一次採用無壓縮高清視頻傳送技術,將原始的高清電視信號完全沒有損傷地在國際間傳送,僅有數十毫秒的時延,這意味著電視觀眾幾乎可以與現場觀眾同時看到比賽場面,在交互式節目中也不會再有遲滯的感覺,從而使長距離高清視頻、音頻交互成為可能。

  8月8日,通過網絡了解開幕式盛況的視頻觀眾也超過了歷屆奧運會。中國網通兌現了“寬帶奧運”的承諾,鋪設的跨太平洋直達光纜(TPE)連接了中國、韓國和美國,是中國目前容量最大、跨度最長、技術最先進的海底光纜系統,可確保500多萬寬帶用戶同時登錄訪問,被稱為“跨太平洋的信息高速公路”。

  安保技術

  開幕式現場,部署輻射、生物、化學、爆炸、武力突擊、刑事偵查、防暴處置、氣象監測、院前急救、空勤保障等10支專業處置隊伍,在各類人群集結、疏散路線的主要道路和交匯點部署了專業處突力量,同時配備了眾多世界領先的安保武器:如進入准備狀態的“排爆機器人”,它們可用於在多種復雜地形條件下進行排爆﹔排爆服能夠防護爆炸后產生的超壓、碎片、沖擊波,對排爆專家進行全方位的保護﹔此外還動用了地空導彈參加北京奧運安保。

  (作者為北京理工大學教授,國家自然科學基金奧運科技重點項目負責人。)

(責編:張叢立(實習))
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