Сегодня результаты в спорте зависят не только от того, как тренировался и в какой форме подошел к соревнованию спортсмен, но и от того, насколько современное оборудование и экипировку он использует. Часто малейшие нюансы в конструкции инвентаря, покрое костюма или составе лыжных мазей решают судьбу золотой медали. Наша статья — о том, как новые технологии и инженерные решения помогают повышать спортивные результаты.
Лыжи: от дерева до алюминия и пластика
На деревянных лыжах люди бегали не одно тысячелетие. На них же соревновались и спортсмены еще несколько десятилетий назад. Первый шаг от деревянных лыж из массива к современным моделям был сделан в конце XIX века, когда их начали собирать из нескольких слоев деревянного шпона. Такие лыжи были намного легче, но сильно страдали от влаги. Поэтому в 1930-х годах слои древа стали проклеивать новоизобретенным водостойким клеем. Но по-настоящему новая эра в производстве лыж настала, когда в конце 40-х годов инженер американского авиазавода Говард Хед решил применить при изготовлении горных лыж технологию многослойности, лежавшую в основе производства брони бомбардировщиков. Хед начал экспериментировать с разными материалами. Были испытаны более трех десятков сочетаний, пока не получился идеальный «сэндвич»:
- верхняя сторона лыжи — алюминий;
- сердцевина из проклеенных слоев деревянного шпона;
- нижняя поверхность лыжи — тонкий слой фенольного пластика для хорошего скольжения на любом типе снега;
- высокоуглеродистый стальной кант, защищающий ребра от истирания.
Позднее поверх алюминиевого слоя Хед добавил декоративный пластик, решивший проблему слепящих солнечных бликов от металлической поверхности, а под алюминий заложил неопреновую (прим. ред.: неопрен — разновидность синтетического каучука) вкладку, создав, таким образом, первую систему виброгашения в лыжах. С 1956 года многослойные лыжи Хеда стали использоваться горнолыжниками на официальных соревнованиях.
Чуть позднее, в начале 70-х, пластик стал применяться и при изготовлении беговых лыж. Такие лыжи лучше скользили и были гораздо легче и прочнее по сравнению с деревянными. Однако, хоть их и стали называть пластиковыми, на самом деле они, как и лыжи Хеда, состояли из разных слоев. Конструкции дорабатывались, менялись составляющие. Сейчас при изготовлении лыж применяются две технологии — Sandwich и CAP.
Как понятно из названия первой — лыжа, выполненная таким образом, представляет собой бутерброд из нескольких слоев: верхний слой, сердечник, нижняя скользящая поверхность, боковые поверхности, обрабатываемые отдельно.
В конструкции CAP сердечник вместе с боковыми поверхностями закрывает оболочка, создавая монолит с открытым снизу скользящим слоем. Во время гонок спортсмены используют лыжи, сделанные именно по этой технологии.
- Оболочка, или топ состоит из многослойного углеродного ламината. Этот слой придает лыжам жесткость, а также помогает контролировать изгиб.
- Сердечник — основа жесткости инвентаря. Может быть изготовлен из разных материалов:
- дерево — может быть как слоистой конструкцией из шпона, так и цельным элементом из массива древесины. Иногда выполняется с воздушными каналами для облегчения лыжи;
- вспененный акрил или пропилен;
- сотовая структура, изготовленная по технологии Nomex Core из арамидного полимера — номекса. Это самый легкий вид сердечника. Обычно именно он входит в состав гоночных лыж профессиональных спортсменов. Перед склеиванием с другими частями сотовый сердечник закрывают пленкой, чтобы в ячейки не попал клей.
- Скользящая поверхность — важнейшая часть лыжи, обеспечивающая скорость. На беговых профессиональных лыжах она делается из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы (ПСВММ). Чтобы убедиться, что структура скользящей поверхности однородна и соответствует техническим характеристикам, по ней несколько раз проходит стилус, похожий на иглу, который выявляет малейшие изъяны. Часто на скользящую поверхность наносят «структуру». Это система бороздок, строго соответствующая определенному типу погоды и стилю передвижения на лыжах. Она способствует отведению лишней воды, образующейся при трении.
- Армирующий слой. Непосредственно над скользящей поверхностью укладывается армирующий материал, чтобы защитить всю конструкцию от напряжения сжатия и растяжения при изгибе лыжи. Применяются разные материалы:
- стекловолокно;
- карбон (прим. ред.: полимерный композитный материал из переплетенных нитей углеродного волокна);
- кевлар, или арамид (прим. ред.: высокопрочный синтетический полиамид);
- сплавы алюминия, которые позволяют усилить жесткость во всех направлениях, в то время как перечисленные выше работают только вдоль волокон.
Коньки: лезвия- «утюги» и ботинки-«шлепанцы»
История у коньков тоже древняя, хотя многое и менялось с веками. Так, в XVIII столетии металлические лезвия пришли на смену костяным. Совершенствовалась и форма лезвия, его длина, способ крепления к ботинку и покрой самого ботинка. Наиболее сильные изменения конструкция беговых коньков претерпела в последние 50 лет.
- «Утюги». Сначала всем привычное лезвие с отверстиями заменило сплошное. На таких коньках впервые вышел на ледяную дорожку голландский конькобежец Роберт Ритсма на Олимпиаде в норвежском Лиллехаммере в 1994 году. Изменения в конструкции улучшили аэродинамические показатели и, соответственно, скорость спортсмена на льду. Но выглядело сплошное лезвие настолько непривычно и не изящно, что такие коньки прозвали «утюгами».
- «Клапы». Спустя всего два года после появления на Олимпийских играх «утюгов» женская сборная Нидерландов по конькобежному спорту стала выходить на официальные соревнования сезона 1996/97 в коньках с откидным лезвием, которые внешне напоминали домашние шлепанцы. Казалось, что конек разваливался прямо на ноге спортсмена.
- Лезвие в новой конструкции не крепилось к ботинку жестко. Оно было зафиксировано лишь в носочной части. При каждом отталкивании пятка отрывалась от лезвия, которое оставалось максимально долго на льду. Затем срабатывала пружина, и лезвие вновь соединялось с ботинком, издавая характерный клацающий звук, за что такие коньки и получили название «клапы» от английского clap — хлопок.
- Ботинок под откидное лезвие пришлось видоизменить. Обувь для «клапов» ниже, особенно в части задника, где ахиллесово сухожилие практически открыто, для максимальной подвижности голеностопа. Ботинки производятся из многослойного карбона и стекловолокна, подошва армируется металлическими вставками, отделка выполняется из мягкой кожи. Также отличительной особенностью такой обуви является то, что она термоформируема. То есть после нагрева ботинка можно придать ему форму стопы непосредственно на ноге.
- Механизм «клапов» представляет собой подпружиненный шарнир, который соединяет ботинок с лезвием, позволяя пяточной части отделяться. Затем, в конце каждого шага, после того как давление на носовую часть прекращается, пружина защелкивает лезвие обратно в ботинок.
Новая разработка позволила увеличить активную фазу толчка конькобежца. Когда стопа и голень спортсмена уже сильно наклоняются вперед, лезвие все еще остается прижатым ко льду, продолжая участвовать в отталкивании. Таким образом, увеличивается длина толчка по сравнению с обычными коньками при одинаковом усилии, приложенном спортсменом. Соответственно повышается скорость движения без увеличения энергозатрат. Кроме того, во время бега на таких коньках спортсмен может быстрее распрямлять голеностопный сустав, что снижает напряжение и высвобождает дополнительные силы.
Хотя новый способ отталкивания и перераспределение сил потребовали от конькобежцев освоить новые техники, результаты применения новинки стали очевидны сразу же. Спортсменки из Нидерландов, выступавшие на «клапах», начали бить мировые рекорды один за другим.
Как это нередко бывает, новая разработка, давшая голландкам преимущество перед соперницами, была встречена в штыки. Так, немецкая спортсменка Гунда Ниман, будучи двукратной олимпийской чемпионкой и многократной чемпионкой мира, пыталась сделать все, чтобы странную конструкцию запретили на соревнованиях. Однако в итоге запрещать «клапы» не стали, и уже на следующих Олимпийских играх-1998 в японском Нагано практически все конькобежцы всех стран и обоих полов, включая Ниман, соревновались на коньках нового типа. Сейчас старую конструкцию коньков используют лишь для обучения детей на самом раннем этапе. Во всех других случаях в конькобежном спорте, кроме шорт-трека, применяют только «клапы».
Бобслей: шипы по индивидуальному проекту
Очевидно, что в таком высокотехнологичном спорте, как бобслей, появление любых новых нюансов даже в костюме спортсмена влекут за собой серьезные изменения в результатах. В этом спорте все решают сотые доли секунд, за которые сражаются как сами спортсмены, так и вся техническая бригада. На прошедшей недавно олимпиаде в Италии немецкие команды по бобслею и скелетону весьма успешно использовали новинку, произведенную специально для них немецким концерном BMW. В бобслее и скелетоне в начале заезда идет важнейшая фаза — разгон. Именно на ней можно выиграть те драгоценные доли секунд, которые помогают побеждать даже в случае не самого удачного прохождения трассы. Поэтому в BMW решили усовершенствовать специальную обувь с шипами для разгона по льду.
Традиционно бобслейные ботинки имеют фиксированные ряды шипов, и если шипы приходят в негодность, обувь приходится менять. В BMW разработали свой подход — сделали сменные пластины с шипами, которые крепятся к подошве. Их можно адаптировать под индивидуальные анатомические особенности стопы и менять в любой момент.
Сначала производится 3D-сканирование обуви спортсмена. Затем идет компьютерная разработка шипованных пластин, идеально соответствующих рельефу стопы атлета. Далее — 3D-печать пластин и напыление металлического порошка с помощью лазерной сварки для обеспечения прочности. Благодаря использованию аддитивных технологий стало намного проще вносить корректировки в изделие по ходу испытаний и в период соревнований, изготавливать новые пластины с учетом разных выявленных нюансов и погодных условий.
В ходе соревнований на олимпиаде в Италии немецкие спортсмены отмечали удобство обуви, сделанной по новой технологии, и слова свои подкрепили завоеванными медалями: восемью в бобслее и шестью в скелетоне.
Новшества, которые не прижились
Помимо революционных технологических разработок, успешно внедренных в спорт, в истории немало и таких, которые по тем или иным причинам были отбракованы и даже запрещены.
- Фторсодержащие лыжные мази. Наносить на скользящую поверхность лыж различные субстанции, облегчающие передвижение по снегу, придумали еще в XVII веке. И с тех пор изобретали все новые и новые составы: применяли деготь, канифоль, растительное масло, сосновую живицу, позднее различные лаки. Однако сложнее всего оказалось найти гидрофобную (прим. ред.: гидрофобность — химическое свойство молекулы, которая отталкивается от массы воды) смазку для погоды с температурой выше 0° и избежать налипания грязи на скользящую поверхность лыж. Решение нашла американская компания Hertel Wax, в 1974 году разработавшая первый фторуглеродный (прим. ред.: фторуглероды — химические соединения с углерод-фторными связями) парафин с высокой гидрофобностью. Атомы фтора замещают часть атомов водорода в углеводородах. За счет этого снижается коэффициент трения и повышается водоотталкивающая способность во фторсодержащем парафине по сравнению с чистым на основе углеводородов. С конца 80-х различные фторуглеродные парафины стали широко применяться в лыжном спорте. Практика показала, что они могут давать прибавку в скорости от 5% до 10%. Сегодня, несмотря на то, что многие производители выпускают лыжи, не требующие лыжных мазей, в профессиональном спорте по-прежнему применяются те, что необходимо смазывать. Парафины подбираются непосредственно перед гонкой с учетом погодных условий. Однако фторсодержащие мази сегодня под запретом. Все дело в том, что в конце 2010-х экологи обратили внимание на большое содержание соединений фтора в почвах горнолыжных курортов и в местах проведения лыжных соревнований. К тому моменту уже были известно о вредном воздействии фтора на организм человека и животных. А новейшие фторуглеродные парафины оказались самыми стойкими органическими загрязнителями, из-за чего их часто называют «вечными химикатами». В итоге в 2023 году на международных лыжных и биатлонных соревнованиях ввели запрет на использование фторсодержащих мазей. Перед каждым стартом лыжи проходят тест на содержание фтора, и в случае его обнаружения спортсмен дисквалифицируется. Именно по этой причине на зимней Олипмпиаде-2026, проходившей в Италии, от соревнований были отстранены корейские лыжницы и японский сноубордист.
- Полиуретановые купальники. Еще одним «несчастливым» изобретением оказалось детище британской компании Speedo. В 2008 году она представила линейку спортивных купальников LZR Racer из высокотехнологичной ткани, состоящей из переплетенных эластана и полиуретана. Изделие улучшало снабжение мышц кислородом, обеспечивало оптимальное гидродинамическое положение тела спортсмена и хорошо отталкивало воду. Стремясь усилить этот эффект, некоторые пловцы стали надевать по два-три костюма один поверх другого. В итоге после подведения итогов Олимпийских игр 2008 года в Пекине оказалось, что 98% призеров соревнований по плаванию выступали в костюмах LZR Racer. А из 25 новых мировых рекордов той Олимпиады 23 установили спортсмены в полиуретановых купальниках. Год спустя на чемпионате мира в 2009 году было побито 43 мировых рекорда, что значительно превышало показатели прошлых лет. После этого многие спортсмены стали называть костюмы LZR Racer техническим допингом. Дело осложнялось тем, что некоторые пловцы имели долгосрочные контракты с другими фирмами-производителями плавательных костюмов и не могли применять новинку. В итоге с 1 января 2010 года Международная федерация плавания (прим. ред.: сейчас World Aquatics) запретила соревноваться в полиуретановых купальниках. Результаты, которые были показаны пловцами в этих костюмах, не аннулированы, а многие из тех рекордов не побиты и по сей день.
- Лыжные палки необычной формы. В 2015 году знаменитый норвежский биатлонист Уле Эйнар Бьорндален начал регулярно появляться на соревнованиях с палками необычной формы. Они имели заметный изгиб в верхней части, сразу под ручкой. Авторитет спортсмена, который сам подбросил идею кривых палок производителю, был столь велик, что за ним потянулись и другие биатлонисты. Считалось, что палки дают возможность отталкиваться под более острым углом и, соответственно, обеспечивают наилучшие условия для приложения максимальной силы. Нет смысла подробно вдаваться в механику процесса и разбирать техническую сторону этого необычного лыжного инвентаря, потому что он так и не прижился у спортсменов. Использовали его единицы, и по итогам сезона не показали никакого улучшения результатов. Многие до сих пор считают, что кривые палки были всего лишь маркетинговым приемом великого Бьорндалена.
Автор текста Наталья Сидорова
Изображение на обложке: Freepik
