奥运首位机器人火炬手来自百度，它背后有着怎样的黑科技？

“水火相融”成真了！

2月2日，北京冬奥会火炬接力开始传递，奥运历史上首次水下机器人火炬对接吸引了无数网友的目光，看到“水火相融”的情景，网友在“激动”“骄傲”的同时，脑袋里也冒出了一连串问号：火怎么能够在水下点燃？水下火炬烧的是啥燃料？这款火炬是谁研发的？

中青报·中青网记者独家联系到研发团队——中国航天科工三院31所，该所研究员、“科技冬奥”特种火炬技术研究与研制课题负责人张波对网友关心的问题一一做出解答。张波所在的单位，是专业从事空天动力技术研究的航天高科技企业，用他们的话说，“燃烧技术正是我们航天动力人的看家本领”。

2022年2月2日，北京冬奥公园，火炬交接由水陆两栖机器人与下一棒水下变结构机器人共同完成。机器人同火炬在冰面开展协同测试。

水下火炬重点在于“防水”和“补氧”

张波介绍，初中物理课上讲过，燃烧需要可燃物、助燃剂、点火源3个条件，此次火炬研发也是从这几方面入手。

2月2日下午，北京冬奥公园，火炬从254棒火炬手安国雨手中传给水陆两栖机器人，水陆两栖机器人“举”着点燃的火炬下水，和变结构机器人在水下完成对接，而后另一只机械臂伸出水面，将奥运圣火传给255棒火炬手安香怡。

火种在空气和水中皆顺利燃烧。张波说，让火在水下实现燃烧最重要的因素，就是“防水”和“补氧”。

“防水”是指保护点火源，也就是给火制造“无水环境”。张波说，火种被放置在一个“筒”状的“空腔”中，燃烧的火焰周围，包裹了一层“气膜”一样的气动防水罩，正是这两项设计保证了奥运圣火与水“隔绝”，顺利在水下燃烧。此外，水下氧气条件不足，火炬燃烧器还自带了助燃剂，为奥运圣火燃烧补充足够的氧气。

燃料是“高纯度家用液化气” 创下国际首次

火炬到底烧的是什么燃料？不少网友根据以往奥运火炬传递的经验展开猜测。

其实，奥运历史上首次采用水下特种火炬的，是2000年澳大利亚悉尼奥运会，之后2014年俄罗斯索契冬奥会和2018年韩国平昌冬奥会也采用了水下火炬。2014年俄罗斯索契冬奥会首创火炬水下传递，2018年韩国平昌冬奥会首创机器人火炬手。

但是，北京冬奥会的水下火炬传递与以上两种技术路线并不相同。张波介绍，这次该团队选择了气态燃料——丙烷，也就是“高纯度家用液化气”。

据他介绍，水下火炬如果采用固体燃料，燃烧中很难避免出现烟雾污染。张波说此次之所以选择丙烷，是为了解决火焰可以同时在空气和水下两种介质中维持较长时间、并且没有污染燃烧的问题。

2022年北京冬奥会不仅是奥运史上第一组水下机器人火炬手——由机器人进行火炬水下传火，同时，此次研发的特种火炬，也是“国际上首支无烟燃烧的绿色清洁水空跨介质火炬”。

难度堪比空间站的舱体对接

火炬麻雀虽小，五脏俱全。张波说，从技术原理和系统组成上看，水下火炬完全可以类比一个小型的气体燃料发动机。该发动机在实现了水下燃烧的同时，还通过一系列控制机构和程序，实现了与机器人的集成和自动控制。

张波表示，空间站对接是在真空中，而水下火炬的对接还要考虑水流扰动问题，从这个角度来看，这次火炬对接，比空间站的舱体对接还难，“对火炬对接的精准度和稳定性要求极高”。

在零下20多摄氏度的冰面上搭帐篷 元旦除夕在试验中度过

火炬研制任务艰巨，时间紧张，特别是2021年10月到火炬正式传递之前，研发团队一直在密集进行火炬同多型机器人的集成联合试验。

张波说，在这期间，团队全体成员几乎没有休过一天假。为了模拟真实传递环境，团队在沈阳抚顺大伙房水库结冰的冰面上开展试验，零下20多摄氏度的天气，没有人烟的郊外，帐篷就安扎在冰面上，团队每天沿着湖边小路和冰面，靠人力把设备搬运至试验区域。在那里，下午5点天就黑了，而团队往往每天晚上八九点才能结束当天的任务撤回驻地。

2022年元旦这一天，该团队首次完成了两栖机器人与变结构机器人首次户外条件下的水下火炬传递，在冰面上度过了一个难忘而特别的新年。除夕当天，团队为火炬传递做最后的演练，依然在忙碌中度过。

2月2日下午接受中青报·中青网记者电话采访时，张波的鼻音略有些重，但声音很轻松。他说：“其实2008年北京奥运会时，我们就承担了火炬研制工作，当时我刚入职，是看着前辈干的，这次我亲身参与其中，感到非常荣幸。我们所建所64年，一直都在致力于动力产品的创新。此次成功，也是对我们研发能力的验证。”

他告诉记者，连续数月身处冰天雪地，在真实环境下集中测试、完善技术细节，才换来最终圆满完成水下机器人传递火炬任务，向世界展示了科技奥运的独特魅力。

北京冬奥会黑科技有二氧化碳跨临界直冷制冰系统、体育综合训练环境风洞、

开幕式屏幕集成智能播控系统。

1、二氧化碳跨临界直冷制冰系统

      制冰又快又环保

二氧化碳跨临界直冷制冰系统是目前世界上最先进、最环保、最高效的制冰技术。北京冬奥会期间，这套制冰系统将在国家速滑馆、首都体育馆、五棵松体育中心等场馆保证制冰工作。

二氧化碳跨临界直冷制冰系统有两大特长，一是制冰速度快，二是制冰过程最环保。在制冰过程中，该系统运用分模块控制单元，把冰面划分为不同区域进行制冰，这样制冰效果又快又均匀。

以国家速滑馆来说，仅用14天就能把12万平方米的冰面全部制成，冰面温差不超过正负05℃。冰面温差越小，冰面的平整度和稳定性就越好，也就越有利于运动员创造佳绩。

当然环保更重要。这套系统制冰时与采用二氧化碳、制冷剂等传统方式相比，不仅温室气体排放小，而且能效可以提升20%以上。

同时碳排放接近于零，原因是它能把制冰过程中的废热能回收起来，用于场馆的除湿、修冰和生活热水的加热。仅此一项国家速滑馆一年可以节省两百多万度电，首都体育馆每年可以节省一百多万度电，真正做到了绿色环保，完全符合北京冬奥会绿色、可持续性的办赛理念。

2、体育综合训练环境风洞

     帮助运动员找到最佳姿势

作为专门为北京冬奥会专门打造的体育综合训练风洞，它可以精确研究风对比赛成绩的影响。具体说，通过风洞测试，调整优化运动姿态，以减少运动时风的阻力和空气阻力，进而提升运动成绩。

对冰雪项目而言，减小空气阻力至关重要。通常来看，空气阻力如果减少10%，运动员的成绩就能提高1%，体育综合训练环境风洞是科学指导训练的最好体现。

首先，这项设备能制造出各种不同速度的风，模拟出运动和比赛时的真实速度和环境。模拟最大风速可以达到42m每秒，这相当于生活中14级台风的状况，因此体育综合训练环境风洞可涵盖了所有冰雪项目，因此能广泛运用于冰上竞技、雪上竞技的风洞测试。

其次，这套设备还有一个冰雪项目风洞辅助训练系统，它能测试运动员能承受多大的风阻力。在测试时，这套系统能把风速、风阻力、姿态、重心位置、测试指令，通过投影仪实时反馈给运动员和教练团队。

然后通过一系列的风洞测试和数据分析，找出其中阻力最小的运动姿态，这样运动员就能知道运动中，自己应该要保持什么样的最佳姿势。

除了优化运动姿态外，这套设备还能对多人项目的队列进行减速优化；同时它还能对运动服装、运动器材的丰富性进行测评，协助高性能运动装备的研发，最大程度地帮助运动队、运动员们取得好成绩。

3、开幕式屏幕

集成智能播控系统

美轮美奂的冬奥会开幕式给很多观众留下深刻印象。中国21世纪议程管理中心主任黄晶说，开幕式综合运用了人工智能、超高清渲染、5G、8K等一系列的高新技术，打造出了既恢宏壮美又空灵浪漫的视听盛宴。

“鸟巢”中央的超大8K地面屏幕由4万多块LED模块组成，面积达10552平米，其上方还竖立着一块1200平米的8K LED屏幕，两块屏幕构成了目前全球最大的超高清LED三维舞台。

屏幕集成了智能播控系统，将超高分辨率的视频素材分秒不差的呈现在所有模块上，不仅完美展现了各种影像效果，还结合了数字科技、人工智能动作捕捉、虚拟现实增强技术等，颠覆了传统的舞台式演出模式。

冬奥黑科技有：

1、机器狗巡检，保障冬奥电力

考虑到疫情防控风险，在延庆赛区，将由机器狗和防撞无人机代替人工对场馆电力设施进行巡检。两类设备均装设了3D成像和红外检测装置，迅速捕捉电力设备的异常情况。

同时通过5G通信方式，快速将现场设备运行状态传递到指挥中心，同时也解决了延庆赛区复杂山地环境和有限空间条件下，人工巡视困难的问题。

2、智能体温贴可24小时实时监测

各场馆防疫举措纷纷采取各种科技手段。北京通过组织科技防疫技术攻关、专家论证、现场测试等形式，在体温监测、环境消毒等环节，推进多项技术成果应用。

公共空间气溶胶新冠病毒监测系统可实现场馆内空气的病毒监测预警和快速检测，检测灵敏度比传统检测手段提高了3倍，同时在国家速滑馆、冰立方等场馆进行了相关测试。

此外，还研发出了基于开源芯片、边缘计算等技术的多体征感知设备。首都体育馆还为工作人员配备了647个智能体温贴，直接贴于人体腋下，可以进行24小时的实时体温监测，单次充电能维持10天以上。

3、给场馆内空气做“核酸检测”

为了监测空气中的气溶胶，清华大学、北京大学、中国医学科学院病原生物学研究所、昌平实验室等科研人员开展紧急攻关，联合研制出公共空间生物气溶胶新型冠状病毒监测系统。

目前，多台样本采集器已在冬奥会多个场馆“上岗”。

4、世界冰面最稳定赛道

国家雪车雪橇中心，被誉为“雪上F1”。全球范围内，雪车雪橇赛道也仅有16条，远比F1赛车车道少见。

国家雪车雪橇中心设计团队研发出了独特的“地形气候保护系统”，这样不仅克服了气象条件对赛道的影响，同时还能起到节能减排的作用。

“地形气候保护系统”是通过地形、遮阳棚、遮阳帘构成降低太阳辐射对赛道影响的一套系统。

通过“地形气候保护系统”，使得国家雪车雪橇中心赛道成为全世界冰面最为稳定的赛道。目前，这项技术已经申请了专利。据了解，国家雪车雪橇中心已获得授权专利73项。

5、“发充储放”一体化充电站

国家高山滑雪中心在冬奥供电保障环境中具有低寒、积雪、温差大、地形复杂等特点，对电力设备的正常运行、运维人员的实时保障均提出了“低温”挑战。

为此，国网北京电力大力推进关键技术攻关，结合冬奥供电保障实际需求，创新研发出了适用于冬奥保电特点的新技术、新装备。位于延庆赛区的“发充储放”一体化充电站便是其中之一。

       经过十多天的比赛，已经结束了北京冬季奥运会，在来自各界各地运动员们的训练、比赛，经过多方的检测，北京2022年冬季奥运会冰上场馆有着优质的冰面，受到了包括运动员、检测方工作人员的好评，也被不少媒体评为是冬季奥运会历史上“最环保”的制冰系统。我觉得这样的评价很中肯。的确，今年北京冬季奥运会的冰上场馆是非常出色的。

       为了办好北京冬季奥运会，主办方修建了、改建了冰上场馆，一共有九块冰面。全部的冰上场馆都是使用环保型制冷系统和制冷剂，九块冰面中五块冰面使用的是二氧化碳（R744）跨临界直接制冷系统，另外四块冰面使用的是R449A制冷剂，这种R449A制冷剂相对于原本打算使用的R507制冷剂来说，要比较有优势，因为R449A制冷剂的全球变暖潜能值（GWP值）相对来说要比较低，符合场馆追求环保、可持续发展的设计理念 。

       经过一系列的测算，可以看到北京冬季奥运会对环境保护的重视，不仅想要给运动员一个好的比赛场地，而且想要尽自己所能，用最好的方式提供最好的冰面，以供运动员们训练、比赛。这样的设计理念，很值得媒体的表扬和宣传。

       在北京冬季奥运会上，大部分的冰上场馆都是采用R449A制冷剂，相比较于现在全球普遍使用的R507制冷剂，全球变暖潜能值（GWP值）要降低了68%。北京冬季奥运会上采用了节能型制冷系统、环保型制冷剂，呼应国际奥委会的可持续发展精神，这样的设计理念，值得全世界的关注，也值得大力宣传。