Durchbrechen des technologischen Engpasses und Erreichen der „kostenlosen Schneenutzung“ bei den Olympischen Winterspielen

Der bei den Olympischen Winterspielen verwendete Schnee stammt nicht aus der Natur, sondern wird mithilfe künstlicher Beschneiungstechnik erzeugt. Wie kann Kunstschnee in Massenproduktion hergestellt werden? Was ist der „Engpass“ der Technologie „eisähnlicher Schnee“, den mein Land überwunden hat?

Interviewexperten

Su Zhengjun (Leitender Ingenieur, Wettermodifikationszentrum, China Meteorological Administration)

Wenn man von den Olympischen Winterspielen spricht, denkt man immer an Szenen aus Silber und Schnee. Schnee ist nicht nur ein schöner Hintergrund und eine Folie für Wintersportarten im Freien, sondern auch der grundlegendste Bestandteil jeder Strecke.

Ist die Austragung der Olympischen Winterspiele also von gutem Wetter abhängig, um geeigneten Schnee für den Wettkampf zu erhalten? Insbesondere in Peking, dem Austragungsort der Olympischen Winterspiele 2022, ist es im Februar zwar noch kühl, aber wird es bei den später stattfindenden Paralympischen Winterspielen aufgrund der steigenden Temperaturen Schwierigkeiten bei der Schneenutzung geben?

Solche Sorgen sind offensichtlich unnötig. Die Entwicklung der Beschneiungstechnik reicht aus, um bei diesen Olympischen Winterspielen eine qualitativ hochwertige „Schneefreiheit“ zu ermöglichen.

Dieser Schnee ist nicht jener Schnee: Kunstschnee ist sicherer und kontrollierbarer

Reporter erfuhren, dass zur Gewährleistung eines reibungslosen Ablaufs der Schneeereignisse während der Veranstaltung bei diesen Olympischen Winterspielen in Peking eine hocheffiziente, hochwertige, vollautomatische und steuerbare Lösung zur künstlichen Beschneiung eingesetzt wurde. Dabei wurden „Beschneiung, Schneeerhaltung und Schneelagerung“ als die drei Hauptaspekte berücksichtigt, um sicherzustellen, dass die Schneenutzung während der Veranstaltung nicht beeinträchtigt wird.

△Am 15. November nutzte das Zhangjiakou National Cross-Country Skiing Center den natürlichen Schneefall und schaltete die Beschneiungsanlage ein, um Schnee zu erzeugen (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua).

Angesichts der Unsicherheit natürlicher Wetterprozesse, insbesondere des Schneefalls, wird bei internationalen Schneesportveranstaltungen, insbesondere den Olympischen Winterspielen, in der Regel künstliche Beschneiung zur Herstellung der Schneepisten eingesetzt. Der Grund hierfür liegt einerseits darin, dass die Technik der künstlichen Beschneiung vom Menschen steuerbar und nicht vom Wetter abhängig ist. Andererseits ist die Schwelle dieser Technologie relativ niedrig – solange die Temperatur unter 0 °C liegt, kann die Beschneiungsanlage arbeiten.

Für die künstliche Beschneiung werden üblicherweise Schneekanonen verwendet. Diese Maschinen funktionieren nach zwei Prinzipien: Zum einen werden mithilfe eines Eisbereiters sehr kleine Eisflocken erzeugt, die dann als Rohstoff für die Schneeproduktion dienen. Zum anderen wird traditionell Schnee durch die Mischung von Hochdruckwasser und Luft erzeugt. Su Zhengjun, leitender Ingenieur am Wettermodifikationszentrum der China Meteorological Administration, sagte Reportern:

Herkömmlicher Kunstschnee wird hergestellt, indem Wasser in eine spezielle Düse oder Sprühpistole gespritzt wird, die den Wasserstrom mithilfe von Hochdruckluft in winzige Partikel zerlegt. Wenn diese Wassertropfen auf die kalte Außenluft treffen, erstarren sie schnell zu Eiskristallen, bevor sie auf den Boden treffen, und werden zu den Schneeflocken, die wir kennen.

„Künstlicher Schnee braucht kurze Zeit, um sich zu bilden, wächst schnell und die Form der Schneeflocken bleibt grundsätzlich gleich. Bei natürlichem Schneefall ändert sich die Härte am zweiten Tag deutlicher“, erklärt Su Zhengjun.

In den frühen Morgenstunden, wenn die Außentemperatur niedrig ist, ist der gebildete Naturschnee normalerweise fester und der Schnee ist hart, ähnlich wie „Eissplitter“. Obwohl der Schnee in diesem Zustand den Skifahrern eine höhere Gleitgeschwindigkeit ermöglicht, verschlechtert er auch die Haftung des Snowboards. Besonders bei Anfängern kann das Snowboard leicht im Schnee versinken, wenn der weiche Naturschnee nicht verdichtet ist, was zu Unfällen wie Überschlägen und plötzlichen Stopps führen kann.

△ Die glatte, maschinell präparierte Schneepiste wird von Enthusiasten auch „Nudelschnee“ genannt und das Skifahren auf der maschinell präparierten Schneepiste wird mit „Nudelessen“ verglichen. Das Bild zeigt die maschinell präparierte Schneepiste im Changbai Mountain International Resort in Jilin (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Im Vergleich dazu ist die Qualität von Kunstschnee besser kontrollierbar, insbesondere bei hochwertigem „eisähnlichem Schnee“, der sich nach Sonnenaufgang allmählich von körnig zu pulverförmig verändert. Zu dieser Zeit ist die Schneequalität am besten, weich und mäßig und eignet sich am besten für verschiedene Outdoor-Wettbewerbe mit Snowboards.

Erstellen einer „Gummispur“ auf Schnee

Es ist leicht zu verstehen, dass Kunstschnee uns dabei helfen kann, unsere Abhängigkeit vom natürlichen Schneefall zu überwinden. Warum also wird auf manchen Wintersportpisten in Gebieten, in denen es das ganze Jahr über Schnee gibt und die Schneefälle extrem ergiebig sind, immer noch Kunstschnee erzeugt?

Damit kommen wir zu einem weiteren Vorteil der künstlichen Beschneiung: Sie ist individuell anpassbar. Je nach den Anforderungen verschiedener Veranstaltungen und Veranstaltungsorte können bei Kunstschnee die Partikelgröße, der Wassergehalt und die Härte der Schneeflocken frei angepasst werden.

Beispielsweise wurde der alpine Skisport, eine traditionelle Disziplin der Olympischen Winterspiele, aufgrund seines hohen Zuschauerwerts immer als „Kronjuwel der Olympischen Winterspiele“ gepriesen. Allerdings bewegen sich die Teilnehmer bei dieser Veranstaltung mit sehr hoher Geschwindigkeit (die Höchstgeschwindigkeit kann 248 Kilometer pro Stunde erreichen) und es ist auch sehr gefährlich, daher sind auch die Anforderungen an die Strecke strenger. Um eine Skipiste zu bauen, die den internationalen Standards für alpines Skifahren entspricht, wird als Schnee kein gewöhnlicher Naturschnee, sondern künstlicher „eisähnlicher Schnee“ verwendet.

Mit dem sogenannten Eisschnee wird der Zustand der Schneequalität in Skigebieten beschrieben. In diesem Zustand beträgt die Dichte der Schneeflocken etwa 0,65 g/Kubikzentimeter und die Oberfläche der Skipiste bleibt kristallin, als ob dort eine dünne „Eisschale“ vorhanden wäre, ähnlich der Eisoberfläche. Solche Schneebahnen sind sehr hart und nicht so leicht zu beschädigen. Sie können dafür sorgen, dass sich die Oberfläche der Bahn nicht verformt, wenn die Sportler mit hoher Geschwindigkeit Kurven fahren. Egal welcher Athlet zuerst ins Ziel kommt, der Zustand der Strecke wird immer relativ perfekt sein.

△Schneepisten auf Wettkampfniveau sind dichter und fester, sodass man schneller rutschen kann, aber es tut auch mehr weh, wenn man fällt (Quelle: Offizieller WeChat-Account von „Chai Zhidao“)

Wenn eisähnlicher Schnee zum Befestigen der Spur für den alpinen Skisport verwendet wird, ist dies so, als würde man eine „Plastikspur“ auf dem Schnee bauen. Dadurch kann nicht nur die Reibung der Skioberfläche verringert und die Leistung der Athleten deutlich verbessert werden, sondern auch der Komfort der Athleten beim Skifahren verbessert, ihre Körpergelenke geschützt und die professionelle Sportkarriere der Athleten so weit wie möglich verlängert werden.

Schneekonservierungs- und -speichertechnologien sichern die Pistenqualität

Die Herstellung hochwertiger eisähnlicher Schneespuren war lange Zeit ein technischer Engpass in der Eis- und Schneeindustrie meines Landes. Um die Olympischen und Paralympischen Winterspiele in Peking willkommen zu heißen, haben wissenschaftliche Forscher durch unermüdliche Anstrengungen die territorialen Parameter für die Herstellung von eisähnlichem Schnee in den Wettkampfgebieten Yanqing und Zhangjiakou in Peking festgelegt. Gleichzeitig gelang es ihnen mithilfe einer Reihe von Beschneiungsverfahren wie Wassereinspritzung und Verdichtung schließlich, eisähnlichen Schnee zu erzeugen, der den klimatischen Bedingungen der kontinentalen Monsunzone gerecht wird. Der natürliche Schneefall in den örtlichen Bergregionen im Winter wird zum „Landschaftsschnee“, der das Gebiet der Olympischen Winterspiele schmückt.

Tatsächlich ist natürlicher Schneefall für die anspruchsvollen olympischen Wintersportstrecken sogar eine „Belastung“. Bei Schneefall führt der weiche Naturschnee dazu, dass die „spiegelglatte“ eisähnliche Schneespur versagt. Da die Olympischen und Paralympischen Winterspiele in Peking in der Übergangszeit zwischen Winter und Frühling stattfinden, kann es außerdem zu weiteren extremen Wetterbedingungen wie plötzlichen Regenfällen kommen. Durch Regenwasser bildet sich auf der Laufbahnoberfläche dünnes Eis, was für die Athleten im Wettkampf ein erhöhtes Risiko darstellt.

△Am 23. Februar dieses Jahres inspizierten und reparierten Mitarbeiter des Nationalen Alpinen Skizentrums („Xue Feiyan“) in Yanqing die Strecke (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Bei wirklich schlechtem Wetter werden die Mitarbeiter laut Planung der Wissenschaftler umgehend mit Pistenraupen die Schneespur neu verdichten und Notreparaturen an der Spur durchführen. Gleichzeitig werden zur Sicherstellung der Streckenqualität automatische Messgeräte wie Eis- und Schneehärteprüfer sowie Eis- und Schneepartikelgrößenprüfer für Schnelltests eingesetzt, um die Schneequalität zu gewährleisten und den normalen Wettkampfverlauf schnellstmöglich wieder aufzunehmen.

Um während der Veranstaltung ausreichend Schnee zu gewährleisten, wurden bei den Olympischen Winterspielen in Peking Berichten zufolge auch mutige Versuche zur Schneelagerung unternommen: Um die niedrigeren Temperaturen im Winter auszunutzen, wurde im Voraus qualifizierter Schnee hergestellt und dieser dann auf einer ebenen Fläche gelagert, bis er im folgenden Jahr verwendet wurde.

Dieser scheinbar fantastische Plan hatte den Machbarkeitstest bereits 2017 bestanden. Das Organisationskomitee der Olympischen Winterspiele in Peking führte im Skigebiet Shijinglong in Yanqing erfolgreich Tests zur Schneelagerung durch. Nach den Tests im Frühjahr und Sommer des darauffolgenden Jahres waren über 60 % des Kunstschnees erfolgreich eingelagert.

Weiterführende Literatur: Wie viele Schritte sind nötig, um eine eisähnliche Schneespur zu erzeugen?

Das Verdienst für die Schaffung einer internationalen, eisähnlichen Schneepiste auf hohem Niveau, die bei olympischen Wettkämpfen genutzt werden kann, liegt nicht nur in den Beschneiungsanlagen. Derzeit können Eis-Schnee-Strecken in zwei Kategorien unterteilt werden: Rennstrecken und Wettkampfstrecken. Nehmen wir das Beispiel einer Rennstrecke mit verdichtetem Eisschnee:

Die Pistenraupe muss zunächst die Schneespur umdrehen, den Schnee aufbrechen und die Schneeoberfläche lockern;

Je nach Lage der Spur und der jeweiligen Temperatur wird Wasser in den Schnee eingespritzt – nur so kann gewährleistet werden, dass die Spur sowohl eine gewisse Festigkeit als auch eine ausreichende Elastizität aufweist;

Durch kontinuierliches Drehen und Pressen des nassen Schnees entsteht im Wesentlichen der Prototyp einer eisähnlichen Schneespur;

△ Anders als bei der Bewässerungsmethode der Rennstrecke wird auf der Wettkampfstrecke die Bewässerungsmethode „Z-förmiger Wasserinjektor“ verwendet (Quelle: Beijing Daily)

Anschließend muss das Personal darauf achten, dass die Dicke der Eisschneeschicht gleichmäßig ist und keine großen Löcher in der Schneespur entstehen. Nachdem sie bestätigt haben, dass alles korrekt ist, glätten sie die Spur, sodass die Schneeschicht von unten nach oben eine glänzende „Eisschale“ bildet.

Nach Abschluss aller Schritte muss das Personal außerdem den Schnee von der Strecke räumen.

An dieser Stelle kann eine qualifizierte „spiegelglatte“ Eis- und Schneespur in Betrieb genommen werden.

Geschrieben von Reporter Wang Xueying

Redakteur/Ding Lin Neue Medien Redakteur/Lv Bingxin

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Science Plus-Kunde

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