粉末加水就能造雪？为何造雪技术会被西方封锁，花了5年才突破？

2019年，有网友在社交平台上发布过一段视频：一小捧白色的粉末，在把清水淋上去的时候，粉末迅速膨胀，形成了酷似雪的白色絮状物。

巧的是，今年我国举办的第24届冬奥会首次实现了用雪自由，所依赖的就是大量人造雪。中国的人造雪起步晚，经验少，一度曾被外国封锁技术，只能靠租借、购买外国的造雪机，吃尽了金钱上的苦头。

但是，既然人工造雪看起来那么“简单”，人在家里自己也可以做，为什么中国还需要花5年时间研究？人工造雪背后究竟还有何奥秘？

此“雪”非彼雪

其实，咱们上图看到的白色絮状物并不是雪，而是一种名叫聚丙烯酸钠的化学物质。它的吸水能力很强，吸水之后会膨胀，变成了形似雪的产物，这种材料更多时候是用在摄影棚装饰拍照用，也有商家将其做成儿童玩具。

这样的“雪”不会融化，而是要在350℃的高温下才能降解，不具有真雪的特性，自然也不能用在竞技项目当中。

冬奥会需要的是真正的雪，也就是水蒸气冷却、凝华所形成的产物。延庆赛区作为本次最主要的滑雪赛场，每年的平均降雪量却只有21厘米，而且随着气候变暖最近几年的冬天下雪越来越少，因此要在这里建设滑雪中心，肯定需要大量的人造雪。

延庆赛区的滑雪赛道

苛刻的形成条件之下，人工造雪有多难？

我们都见过雪花，它停留在指尖上，呈现出六角对称的图案，在光线的照射下熠熠发光，十分美丽，但这样规整的形状，正印证着它形成过程的苛刻。

雪的形成有三个必要的条件：饱和的水汽、凝结晶核、适合的环境温度。

在一定的气压下，空气中水蒸气的浓度是固定的，就像制作一杯盐水中只能溶解一定质量的盐。于是，当空气中水蒸气的浓度到达了这个临界值，就变成了“饱和”的状态，就不会再增加了。

这时候，如果气温比较低，空气中多余的水汽就会直接变成水滴甚至冰晶。接着，空气中吸水的固体微粒会吸引这些冰晶，使其凝聚在一起，逐渐成为肉眼可见的较大冰晶。

六角对称的雪晶

至于为何会形成六角的形状，是由于冰晶本身就是六方晶体系，具有这样的自然习性，水蒸气在凝华的时候也固定顺着六个顶角“冲”去。有的时候，凝华的速度过快，水汽来不及向前推进，顶角上就会出现一些额外的突出物和分支，变成了我们所看到的美丽的雪花。

但由于自然条件的复杂性，顶角们所接触到的水汽供应也有差异，水汽含量丰富的顶角，发育得更快；水汽含量缺乏的顶角，就几乎不会发育。最后，雪花的形状也变得千姿百态，也有说法说，世界上根本找不出两朵完全相同的雪花。

不对称的雪花

自然界造出来的雪都还有那么多“歪瓜裂枣”，我们的人工造雪自然就更难了。人工造雪需要契合滑雪运动的需求，对于雪的要求只会比天然雪更苛刻：

雪花不能太大，否则会形成石头一样硬的雪块，绊倒滑雪者的步伐；雪花也不能太细小，这样会导致雪堆过于松软，容易让人陷进去拔不出来。

所以，人工造雪需要在水蒸气、气候和晶核之间找到一个平衡，才能造出颗粒大小适宜的雪，这个前所未有的挑战，在过去的很多年中都难住了中国人。

技术、精神的双突破，中国历时5年实现大量人工造雪

知道了天然雪的形成过程，人造雪自然也是要从这个过程来入手。而人造雪又可以分为两种，一种是人工降雪，一种是人工造雪。

人工降雪选择把碘化银微粒撒在云层里，这样一来微粒就会吸取云层中本来存在的水滴和冰晶，形成雪花。

但人工降雪必须要有条件适宜的气候和云朵，显然不能适应冬奥会的大量需求，所以，我们主要还是采用后者的人工造雪。

人工造雪不再能依赖云层，连水的来源也得自己找，北京冬奥会为了造雪预计会使用39万吨的水，为此需要向现有水库中调水、从高山上引水，必要时候还需要抽取地下水。

有了水之后，还要用机器将它打碎成极为微细的颗粒，加快蒸发的速度，使得空气尽快到达“水蒸气饱和”状态。

解决了水的问题，接下来则是雪花“晶核”的问题。好在北方的气候干燥，空气中本来就存在很多晶核微粒。如果不够，则需要在喷洒的水滴中添加成核剂，使得喷出去的水在空气中自然与晶核接触，落下来之前就变成了雪。

最后，延庆冬季提供了寒冷的天气，最幸运的是，张家口赛区还曾经在2021年11月迎来了30公分的降雪，这些雪在当时被储存了下来，作为了现在人造雪的基底，实现了资源的高效利用。现在，10台造雪机开足马力运转，只需20天便可以造出350000立方米的雪。

国家高山滑雪中心，造雪机正在进行造雪

为了达成这些目标，国家从2017年开始就在着手准备，中科院和很多研究机构组成了开发团队。科研人员们在零下20℃的气候条件下奋战一线，召开设计会议、实地实验、反复改造造雪机和成核剂、对地面灌水结冰……

5年后的2022年，也就是冬奥会如约开展的今年，中国经过鲜为人知的努力，在所有的比赛场馆都覆盖了高质量的人造雪。不仅如此，组委会还根据不同比赛项目的需求，超规模制造出了9种不同型号的雪。如此一来，各国的运动健儿们能在赛道上发挥出最好的水准，维护了竞技的公平性。

中国造雪得到国外盛赞

“我第一次来到这里（延庆赛区）的时候还是2014年，那时候这边几乎什么都没有，但是现在我每天从山上往下看，都能看到皑皑白雪以及各种美景。”在2月5日举行的媒体吹风会上，国际雪联高山滑雪委员会主席、连续为九届冬奥会设计高山滑雪项目赛道的伯恩哈德·鲁西如是说。

最后，北京冬奥会的人造雪还充分考虑到了环保的问题，原本总计划用水的39万吨，现在只用了36万吨；

并且，人工造雪符合高山的水源循环系统，这个系统包含两个水塘，作用分别是收集降雨和收集融水。在赛道使用完毕之后，这些水将通过天然沟道流回海拔900米的塘坝内，用于浇灌下游农业和绿化，堪称可持续利用的典范。

现在，各类的冰上、雪上竞赛依然在北京三大赛区如火如荼进行着，我们在享受火热的比赛氛围的同时，也不要忘了在背后默默付出的科研人员。没有上场的他们，又何尝不是这次冬奥会的英雄人物呢？