【科學(xué)時(shí)報(bào)】朱東華：奧運(yùn)開幕式的科技解讀
(2008-08-11)
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)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(wàn)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。“畫軸”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(wàn)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(wàn)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。“中國(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(wàn)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。
（作者為偉德國(guó)際1946bv官網(wǎng)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。）
