国外封锁人工造雪技术，中国为举办冬奥会，用时5年成功突破难题

2022年2月8日，谷爱凌获得冬奥会自由式滑雪大跳台金牌的新闻刷爆了网络，这是中国在该项目上的历史突破。

“青蛙公主”谷爱凌——被网友称为“一生要强的中国女人”

然而大家还知道的是，此次冬奥会的雪上项目，使用的不是自然降落的雪花，而是人工造雪。为了成功举办冬奥会，中国科研者用五年的时间攻克人造雪难题，成功突破西方国家在此项技术上的封锁。

北京冬奥组委滑雪战队展示如何制作冰状雪赛道

冬奥会的难题

北京成为“双奥之城”，是历史上唯一一座举办过夏季和冬季奥运会的城市。可北京的纬度在北纬39.4°—41.6°，谈不上高纬度地区，不能保证每年的降雪量维持在可以滑雪的程度。事实上不仅仅是北京，哪怕是高纬度国家也没办法保证在冬奥会期间可以有足够的降雪量。

北京经纬度

比如历史上就曾经出现过多次因为天气原因无法正常进行比赛的情况。1928年瑞士举办的第二届冬奥会就遇到了降雪不足，导致雪道没有完全被雪花覆盖，只好取消。2010年温哥华冬奥会，加拿大也遇到了冬奥期间不下雪的尴尬场景。可以说冬奥会的特殊性让其成为了“看天吃饭”的赛事。

不过有句话说得好，人定胜天，既然天不下雪，那就自己造雪。然而这可比人工降雨复杂多了，搞不好造出来的不是雪，而是坚硬的冰。

造雪机在进行人工降雪

难以复刻的雪花

雪花是自然界最美丽的创造，绝大部分雪花都是标准的六边形，每个角上还会延伸出各种形状的分支。在一些很偶然的情况下，雪花会呈现针状、哑铃状等。雪花的本质是冰晶，但它和冰却有本质上的不同。

各种形状的雪花

只要温度在零度以下，水就会结成冰，可零度以下，不一定会出现雪花。我们经常看见北方的一些城市冬天气温在零下十度左右，地上的积水都结冰了，可是却没有飘落一片雪花。这是因为，雪花的形成不仅需要温度达标，还需要一定的气压。

雪花的形成过程在物理上被称为凝化，也就是气体跳过了液体模式，直接变成固体，这个过程是会放热的，因此民间才会有“下雪不冷融雪冷”的说法。

雪花的形成阶段

当一个地区的温度降到了零度以下，水蒸气达到饱和甚至超过了可容纳的量，就会因为升压让一部分水蒸气在空气中凝结。以凝结点为中心，周围的水蒸气开始靠近逐渐形成六边形。

雪花形成的过程中会自主飘动，不同高度会生出不同的雪枝，虽然整体上看都呈现放射状，但是雪花的模样大不相同，这就好比苗圃里面开出了不同的花。人们花了很长时间掌握了雪花的形成过程，因此希望能够人工模拟环境，制造出雪花。

人工降雪机内部结构

人工造雪

可是人类的造雪之路并不顺利，因为人们发现，无论采取怎样的技术，都没办法复制出一朵六边形的雪花。

最初造出来的雪非常的硬，与其说叫雪不如说就是冰，落在地上后硬邦邦，在上面滑行的体验感极差。这是因为人们最开始喷射到空气中的是水而非水蒸气，其结果就是结冰而非成雪。后来人们改进造雪机器的结构，增大压力，让水变成水蒸气。

最简单的液态水变为气态水的方式是加热，这显然不适合冰天雪地里使用。造雪机运用能量转换原理，将内燃机燃烧的热能采用加压的方式，将水变成水蒸气。人工造雪的条件，首先室外温度要低于零下6度，然后需要巨大功率的喷射机将液态冷水变成水蒸气喷射到空气中去，通常喷射的高度在2米以上。

人工造雪价格极其昂贵，效率却很低，一吨水只能造两立方米的雪，一架普通的造雪机器工作一个小时就要消耗15吨水，外加它使用的化石燃料，造的是雪，烧的可是钱。

降雪现场

2014年索契冬奥会，高纬度的俄罗斯遭遇暖冬，好在它们早就准备好了应对措施。俄罗斯调来450台造雪车，花费了4000万保证奥运会期间的用雪。其中一个比赛用的赛道一天就需要1.8万立方米的雪。

由于造雪费用实在是太高了，因此这项技术一般是那些滑雪大国们享用的，因为他们可以通过运营滑雪场收回成本。滑雪这项运动一直不是中国的热门项目，参与的人并不多，因此中国的造雪车主要是依靠进口。

关键难题

巧的是，那些滑雪大国无一例外是欧美发达国家，所以他们不断改良造雪车，将淘汰的旧款出口给中国。旧造雪车存在很多问题，首先非常耗能，不仅是化石能源，还有水资源。我国的水资源本就很紧张，比起新款的造雪机 ，旧版会多用水。

造雪车工作中

并且为了节省成本，造雪机所使用的水都是就近抽取地下水，等雪融化，这些水就会蒸发到空气中，散布开来，大部分不会回到地下，造成地下水流失。

其次，自然雪是瑞雪兆丰，可是人造雪是直接害丰年。因为人造雪的质地和自然雪花有些区别，经过不断的挤压，人造雪会越变越厚，覆盖在土地上，导致土地寸草不生。久而久之，被人造雪覆盖的土壤无法长出任何植物，相当于被迫放弃它。

我国也发现了这个问题，于是试图购买更先进一点的造雪机，无奈，西方国家对其进行了技术封锁，我们只能买到别人淘汰不用的款式，而最先进的首先得保证他们自己使用。

2009年北京鸟巢举办过一次滑雪活动，当时是购买了国外的设备，共计花费5000万元。2015年7月31日，北京申请2022年冬奥会成功，在兴奋之余我们也在隐隐担心，没有自己的造雪机，如果光是凭借进口，不仅要花费大量金钱，造出来的雪根本比不了国际顶尖滑雪场的质量。

鸟巢滑雪赛道

在还有7年就要举办冬奥会之时，中国认定要有自主研发的造雪机。

成功攻克难题

西方国家经过多年改良，改变了原本的造雪模式。先将5摄氏度以下的水，混合着冷空气进入造雪机里面，使之成为零下25度的冰块。然后用高压冰刀将其刮成片状冰晶，每片的厚度仅有1到1.5毫米。虽然和天然雪的形状已经完全不沾边了，但这样造出的雪可以保存很长的时间，造一次可以保存几周甚至更长时间，减少投入。

造雪机内部结构

这个原理看似简单，却卡在了造雪车的核心上，我们长期以来国外的造雪机，无法自行产出符合要求的片状冰。在2015年申冬奥成功之际，我们连一条符合国际条件的滑雪赛道都没有。于是在2017年中科院组成了一个专门的小组，攻克造雪机难题，解决我们被国外人工造雪技术卡脖子的问题。只是这个时候距离冬奥会举办仅有5年的时间了，够吗？

造雪小组为了更好地研究雪，常年扎根在我国最寒冷的地方，并且大部分是户外研究，在冰天雪地里一呆就是11个小时。终于，小组找到了人造雪的最佳条件，湿度不能超过80%，温度在零下5度到零下15度，如果外界条件能达到最好，达不到就要造雪机去改变。

国产造雪机工作中

于是在2021年，离冬奥举办不足一年，我们的科研小组花费了5年的时间，成功造出了自己的造雪机，产出的雪花质量达到了国际赛事水平，能够保证冬奥的顺利举行。

在现场钻研的科研人员

到2021年底，我国已经拥有了170台自主研发的造雪机和30台雪枪。我国的造雪机用高压将水流打碎再将其喷射到空气中，遇冷结成冰晶，比西方国家使用的片状雪颗粒更小更细腻。并且可以根据不同需求造出9种雪花，大小在10毫米到0.3毫米。

终于不用被卡脖子了

先在最底层铺上比较大的雪花，越往上走雪花的大小越小，不论是手感还是滑雪板的触感都远超于之前的片状雪。并且能为运动员提供相应的保护，因为它比其他的人造雪松软。

我国的研发人员还加入一些化学试剂，让雪能够长时间保存，让运动员在上面的滑行如绸缎一样丝滑，祝愿他们都能取得好成绩。