作者:曾皓 杨保国 来源:科学时报 发布时间:2010-11-3 9:31:29
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古代文明焕发科技青春
中国科大磁悬浮编钟惊艳世博会闭幕式
 
10月31日晚,举世瞩目的上海世博会闭幕式在世博文化中心举行。闭幕式上,中国科技大学一项高科技成果——古代文明与现代科技完美结合的磁悬浮编钟给观众带来了新的震撼。
 
古典与现代交融的视听盛宴
 
绚丽的舞台,曼妙的舞姿。在闭幕式舞台上,随着音乐响起,一个古色古香的龙门从舞台下方缓缓升起。这时,身着古装的演员掀开丝绸,十个由小到大精美无比的青铜编钟呈现在观众面前。演员敲击编钟,演奏出优美的乐曲。
 
青铜编钟是我国古代的一种打击乐器,1978年出土的2400多年前的曾侯乙编钟以其高超的铸造技术和良好的音乐性能,改写了世界音乐史,是我国古代人民高度智慧的结晶,也是我们中华民族的骄傲。
 
在上海世博会闭幕式上展现的不是古代的编钟,而是古代文明与现代科技完美结合的磁悬浮编钟。没有绳索系挂,没有支撑点,每个重达数十公斤的编钟完全悬空,并在演员的重力敲击下,保持高度的稳定性。
 
磁悬浮编钟由中国科大工程科学学院教授孔凡让的科研小组专门为世博会闭幕式研制。他们曾在开幕式和开园仪式上,以“动感曲面系统”和“开园金钥匙”的精彩表现获得导演组的充分肯定。应总导演滕俊杰先生的邀请,中国科大答应在闭幕式上再出一个“节目”。经过几个月的艰难攻关,孔凡让小组终于使象征古代文明的编钟焕发出现代科技青春。
 
让沉重的编钟浮起来
 
据孔凡让介绍,磁悬浮编钟的工作原理是:每一个编钟的上面都有一个稀土元素制作的钕铁硼强磁,其上有特制的线圈,线圈中装有传感器,高精度的传感器每秒钟上千次地高速自动检测青铜编钟的悬浮位置,并通过控制电流,作出及时的调整,使得编钟一直保持悬浮的状态。
 
孔凡让说,研制这套磁悬浮编钟有三个需要克服的难点。首先,编钟最轻的有40公斤,最重的一个约50公斤,这么重的物体,如何才能让其悬浮?其次,现场电磁环境非常复杂,如何克服各种干扰信号,保证编钟可靠的悬浮状态?第三,不仅要让它们悬浮,还要使其具有抵抗外力撞击的能力,在演员用力敲击编钟演奏音乐时,编钟还须保持稳定状态,这一点尤其困难。
 
“此前,磁悬浮青铜编钟世界上还没有人做过。”孔凡让说,从确定这个项目起,他和冯志华教授等十多名小组成员,每天都在做着复杂计算和大量实验,走了不少弯路。
 
经过一个多月的反复实验,孔凡让小组创造了一种新的抗干扰控制方法,这种控制方法提供了一种复杂的反馈控制,使磁场能够及时跟随干扰力的变化而调整。这样,系统就能够很好地抵御外来的撞击。对于编钟而言,就有效地保证了它们在受较大外力敲击时,仍然可以保持高度的稳定性。
 
可是,在学校反复调试稳定的系统,到现场安装时却不时出现不稳定状态。具有丰富工程实践经验的孔凡让小组马上意识到,这是现场复杂电磁环境的干扰造成的。他们采取了如电磁屏蔽、最优接地、光电隔离等一系列措施,经过几个通宵的奋战,使系统能够可靠地工作。
 
众里寻他千百度
 
一个工科的研究小组,为什么能够想出这样一个别出心裁的艺术节目?
 
“其实,磁悬浮编钟这个项目是边干边想了一个多月才构思出来的。在此之前,我们已经做了十几套方案。”孔凡让说,例如磁泥变画、偏振光空中变字、超高电压礼花变字等等,每个方案都要做实验,以检验其可能性和效果。结果,这些方案因为各种原因被放弃。
 
功夫不负有心人,在“想得快绝望的时候”,终于有一天,研制磁悬浮编钟的灵感出现在孔凡让的脑海中。他开始仔细推敲其可能性和价值:编钟是中国传统文化的符号之一,具有深厚的文化内涵;同时,编钟本身就富含古代科技元素,它的音调规则与现代音阶完全符合,是中国古人非常了不起的发明。
 
“如果我们加入磁悬浮技术,让磁悬浮编钟为观众表演,正是一次古代文明与现代科技的完美融合。”果然,最后将所有备选方案给闭幕式导演组一一审查时,磁悬浮编钟项目受到大家一致青睐。
 
看到磁悬浮编钟在闭幕式上成功表演后,孔凡让终于松了一口气。“在全世界观众面前,科大人用现代科技让中华古老文明焕发出新的活力,为我们中国人争了光。”孔凡让欣慰地说。
 
《科学时报》 (2010-11-03 A2 要闻)
 
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