惯性技术|奥运金牌背后的航天技术

◎吴楠葛宏升
采访人员付毅飞
在7月29日上午举行的东京奥运会游泳女子200米蝶泳决赛中，中国选手张雨霏以2分03秒86的成绩获得冠军并打破奥运纪录。 80分钟后，张雨霏与队友杨浚瑄、汤慕涵、李冰洁一起，以7分40秒33的成绩打破世界纪录，夺得女子4×200米自由泳接力冠军，这也是中国游泳队首枚接力项目奥运金牌。
在为奥运健儿们踩着纪录夺冠而欢呼时，人们可能很难想到，这来之不易的游泳金牌，背后还有航天技术的支撑。
科技日报采访人员从中国航天科技集团九院了解到，早在2019年12月，国家体育总局便向该院发出项目需求，希望利用先进航天技术，研发出精密测量产品，帮助游泳运动员加强训练的科学性，提高竞赛成绩。
随着体育运动的科技化程度不断提高，采用高科技手段进行参数分析、指导训练，已经被全世界的高水平运动员广泛采用。尤其在高手对决中，一些微小动作往往是决定成败的关键。具体到游泳这个特定项目，传统的影像记录等手段不能定量获取运动员全部运动信息，尤其是无法对关节间转动这样微小的变化进行有效辨识。但航天惯性技术则有助于解决这个难题。
九院13所时代光电公司是我国重要的惯性技术及产品研发基地，一直为我国各型号火箭和航天飞行器提供高品质光纤惯组及光纤速率陀螺。国家体育总局带着项目需求找到这里，该公司立即成立项目团队，开始具体产品的研发。
经过技术攻关和不断改进，该公司研制的运动测量产品顺利成型。该产品单台重量仅16克，包括惯导分系统、定位与测速分系统、视频采集分系统、数据综合分析系统4部分，能分别实现运动员姿态测量、位置与速度测量、运动视频拍摄以及数据集成解算和三维模型驱动功能。
其中，惯导分系统作为核心组成部分，主要测量运动的姿态信息并输出三维姿态参数，得到运动员每一秒的姿态、呼吸情况，以及在泳池里每一次往返的划频、划幅、划次、转身时间等多项技术参数，实现对每个动作的精细量化评估。
今年上半年，在国家游泳队备战东京奥运会期间，时代光电公司运动测量团队携带自研运动测量产品，配合国家游泳队开展了优秀运动员风洞试验。张雨霏、杨浚瑄、徐嘉余、刘湘、闫子贝、余依婷6名世界冠军参与试验。
试验模拟游泳过程中所受流场，开展典型游泳速度下不同技术动作姿态和阻力的测试。在试验人员和运动员的密切配合下，分别完成了6位运动员站立姿态下不同送胯角度测试和游泳姿态下不同技术动作测试。运动测量产品全程工作正常，顺利收集到全部数据，探明典型游泳速度下，运动员不同姿态所受阻力的规律，为教练团队确定训练方案、改善运动员身体流线型、优化技术动作提供了科学依据，获得国家体育总局和国家游泳队的一致好评。
实际上，帮助中国奥运代表团夺冠的航天技术不止一项，除了捕获精细动作的惯性技术，还有“既可吹风、亦可赛艇”的风洞。
据了解，航天科技集团十一院充分利用在航天领域多年积累的设计与风洞测试专业知识和科研成果，积极应用于奥运重点项目科技攻关，有针对性地自主开发出多套国内领先的高精度测试平台，解决各类奥运装备不同测试需求的难题，将航天空气动力设计与测试技术应用于多个奥运比赛项目。
自2019年起，针对四人赛艇风洞试验项目的要求，十一院低速风洞实验室成功开发了一套基于气浮装置的三维力测量平台，整套测试系统气动力测量分辨率达到0.04牛，静态校准非线性0.08% ，完全满足高精度小载荷风洞测试项目的要求。