【科学时报】朱东华：奥运开幕式的科技解读
(2008-08-11)
作者：朱东华 来源：科学网-科学时报2008年08月11日头版
“科技奥运”作为北京奥运会三大理念之一，在开幕式上得到了充分展现。创新方案和高新技术的大量结合，使得北京向世界完美呈现了一场精彩的文化视觉盛宴。北京奥运会开幕式采用了历届奥运会最复杂的技术系统，应用了大量世界尖端的新技术，涉及多个领域，包括地面升降舞台、焰火、地面LED系统、指挥系统、通信系统等，航天材料也运用到开幕式上。
开幕式活动的技术应用分为两个部分：其一是观众可直观体验的“台前”部分，是技术与创意方案的完美结合；其二是幕后支持部分，即为保障开幕式活动顺利进行的技术应用。
舞台与道具技术
本届奥运会开幕式舞台和道具的技术应用是一个较大的亮点。场地中央出现的LED屏幕长147米、宽22米，是历届开幕式科技含量最高的一个舞台。该屏幕上共铺设4.4万颗LED。LED制造的光影效果幻化出各种图案，将观众引入梦幻般的世界中。在大量的测试试验后，高科技材料的LED地面完全经得住演员踩踏、水浸等考验。在视觉上，两个卷轴在缓慢地转动着，实际它们没有旋转，只是平移，像两扇门一样。为了造成旋转的效果，技术人员通过不同线束在不同状态下发光的原理，用LED灯渐次熄灭和点亮的原理，制造成旋转的效果。此外，画轴中部的画纸直径2米，长度76米，它其实真的是一张纸，只是经过了特殊的处理，它是自带蓄电池的，能自动打开、关闭。
可以说，本次应用LED产生的光影效果是历届奥运开幕式效果之最，为本届开幕式成功奠定了基础。
开幕式中出现的巨型“地球”舞台也是一个亮点。“地球”上有58名演员用钢丝拉着，像失重般进行倒立行走及空翻等高难度动作。这项技术是国内首次使用，国外也不多见。
“球”是用特制钢丝连接成的环，或者说是一个巨型灯笼比较合适。它总共有9个钢环，环与环之间其实是细网状的特质钢丝相连。在地上的时候它就是一串钢丝穿起的环，只有拉到空中完全展开了，它才是个球。球体直径18米，空间从上到下分为5个层次。
演出核心的中心舞台，是一个直径20米的升降台，藏在体育场中央的巨大地坑中，地坑顶端的盖板可以平移。“画轴”和“地球”都从这个地坑升起。而“地球”是先压缩在地下的，也就是说，球体结构必须是柔性的。而用升降台升起球体之后，演员需要在球体的立面上表演，因此升起后又要具有很强的稳定性，才能保障演出的安全和效果。高科技的铝合金感光材料，让“地球”能够保证演出的各项需求。
焰火技术
本届奥运会开幕式的焰火技术堪称历届奥运会之最。象征奥运会一步步走向北京的29个大脚印，从“鸟巢”内壁飞泻而下的“星星瀑布”……北京奥运会焰火技术上获得了不少突破。8月8日晚20时3分55秒，第一个特效焰火“脚印”从永定门南升空，穿过天安门广场，沿着古都中轴线一路向北，以平均2秒一步的速度向北进发，历时63秒，经过29步到达“鸟巢”上空。
焰火实施方案采用的是膛压发射专利技术。这项技术能够通过控制膛内压力和发射高度，同时发射几十发弹丸，在同一高度起爆，还可调整形成不同造型。其平面造型如“大脚印”、“笑脸”等十分成功。
由于焰火表演发射点分布在许多地方，如何保证时间上的紧密配合？这就要用到国家科技部立项支持的空气发射技术。该项技术利用高压空气和芯片焰火弹，在芯片设定的时间起爆，使理论上的时间误差仅有几毫秒。
由国家科技部立项支持的还有一项焰火项目“微烟烟花”。专家们通过对焰火的配方进行调整，改变了传统使用的原料，大大减少了焰火燃放后的烟尘污染。北京奥运会开幕式上尽管燃放了4万余发焰火，但所造成的烟尘污染却为近几届奥运会开幕式最少的一届。
主火炬技术
本届奥运会主火炬塔由航天科工集团下属企业南京航天晨光负责研制，主火炬的驱动系统设计使用了相关的航天技术。根据反馈信息，控制系统能够自动调整设备运行方向、速度。直径3米多、行程11米多的主火炬，运行控制误差还不到2毫米，精确度达到万分之二。
航天晨光科技团队在控制火焰高度的装置、点火自动控制方法、新型高能点火器等方面取得了卓有成效的研究成果，在模拟大雨、大风、雷电环境下对它进行高强度测试。其中燃烧塔火焰调节装置、长明火燃烧器、高能点火器、回旋式燃烧器等，均获得国家知识产权局实用新型专利。
气象技术
8日晚20时至24时，一条暴雨云带自西南向东北顽强地向北京城进发、向“鸟巢”进发。气象部门自8日下午16时到23时39分，共在北京21个作业点持续发射1104枚火箭弹，将其成功拦截在北京城外。
直到2008年北京奥运会开幕式结束，国家主体育场“鸟巢”滴雨未下，暴雨中心区河北保定以北地区最大雨量达100多毫米、房山降雨量25毫米。气象专家表示，这是中国有史以来最大规模的有组织、有计划成功实施的人工影响天气作业，也是奥运史上在开幕式阶段首次实现人工消雨。
转播技术
本届奥运会开幕式首次全部实现全高清电视信号转播。“中国式画卷”的清晰展现，让全球40亿观众通过电视记住了北京奥运会的开幕式。作为科技奥运的一个重要体现，中国网通第一次采用无压缩高清视频传送技术，将原始的高清电视信号完全没有损伤地在国际间传送，仅有数十毫秒的时延，这意味着电视观众几乎可以与现场观众同时看到比赛场面，在交互式节目中也不会再有迟滞的感觉，从而使长距离高清视频、音频交互成为可能。
8月8日，通过网络了解开幕式盛况的视频观众也超过了历届奥运会。中国网通兑现了“宽带奥运”的承诺，铺设的跨太平洋直达光缆(TPE)连接了中国、韩国和美国，是中国目前容量最大、跨度最长、技术最先进的海底光缆系统,可确保500多万宽带用户同时登录访问，被称为“跨太平洋的信息高速公路”。
安保技术
开幕式现场，部署辐射、生物、化学、爆炸、武力突击、刑事侦查、防暴处置、气象监测、院前急救、空勤保障等10支专业处置队伍，在各类人群集结、疏散路线的主要道路和交汇点部署了专业处突力量，同时配备了众多世界领先的安保武器：如进入准备状态的“排爆机器人”，它们可用于在多种复杂地形条件下进行排爆；排爆服能够防护爆炸后产生的超压、碎片、冲击波，对排爆专家进行全方位的保护；此外还动用了地空导弹参加北京奥运安保。
（作者为12BET教授，国家自然科学基金奥运科技重点项目负责人。）
