9月29日，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——超重力離心模擬與實驗裝置在浙江杭州啟動首臺離心機主機。該設(shè)施將營造超過地球重力千百倍的“超重力場”，實現(xiàn)“時空壓縮”效應(yīng)，為一系列研究提供關(guān)鍵支撐。

超重力離心模擬與實驗裝置由浙江大學(xué)牽頭建設(shè)，包括三臺離心機主機，以及邊坡與高壩、巖土地震工程、深海工程、深地工程與環(huán)境、地質(zhì)過程、材料制備等六座實驗艙的18臺機載裝置。

本次啟動的首臺離心機“CHIEF1300”容量為1300g·t（重力加速度·噸），是目前世界上容量最大的離心機。此外，容量為1500g·t和1900g·t的兩臺離心機“CHIEF1500”和“CHIEF1900”正在緊鑼密鼓地安裝建設(shè)中。

為什么要建設(shè)超重力離心模擬與實驗裝置？

地球重力場的加速度約為９.８米/平方秒，稱為常重力場，超過這個數(shù)值就稱為超重力場。例如坐過山車時人承受的最大加速度會達(dá)到常重力的２倍，航天器發(fā)射時加速度可達(dá)常重力的4至5倍，太陽上的重力場是常重力的28倍，而超重力離心模擬與實驗裝置離心機主機的超重力最大將達(dá)到常重力的1500倍。

“超重力場中，科研人員在實驗室中能以很小的尺寸、極短的時間，再現(xiàn)真實世界中的重大災(zāi)難、地質(zhì)演化、極端環(huán)境。”超重力離心模擬與實驗裝置首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士、浙江大學(xué)教授陳云敏說。

例如，在100倍常重力的實驗中，100米的真實物體可以“縮尺”至1米，100年的污染物遷移過程可以“縮時”至3.65天。這種“時空壓縮”效應(yīng)，將為國家重大科技任務(wù)開展、重大工程新技術(shù)研發(fā)和驗證、物質(zhì)科學(xué)前沿發(fā)展等方面提供關(guān)鍵支撐。

“超重力場”如何實現(xiàn)？

“CHIEF1300”的主機室是一間占地約230平方米的圓形地下室，位于中央的離心機就像是一個能夠高速“自轉(zhuǎn)”的巨型“天平”。

工作時，半徑長約6.4米的轉(zhuǎn)臂將帶動實驗裝置高速旋轉(zhuǎn)，速度越快，離心力越大，當(dāng)離心加速度超過地球常重力，就形成超重力場。目前，該離心機的超重力場已調(diào)試運轉(zhuǎn)至驗收指標(biāo)，可實現(xiàn)常重力的10倍到300倍。

“為了令裝置提供豐富且穩(wěn)定的超重力環(huán)境，更廣泛地支持不同學(xué)科的需求，我們特別采取了深基坑、低氣壓機室、液冷壁技術(shù)等一系列方案，保障主機的高質(zhì)量運行。”超重力離心模擬與實驗裝置總工程師、浙江大學(xué)求是特聘教授凌道盛說。

超重力離心模擬與實驗裝置如何推動研究發(fā)現(xiàn)？

據(jù)介紹，該設(shè)施是將超重力場與極端環(huán)境疊加一體的大型復(fù)雜科學(xué)實驗設(shè)施。18臺機載裝置覆蓋深海深地資源開發(fā)、防災(zāi)減災(zāi)、廢棄物地下處置、新材料制備等多個領(lǐng)域。

在一系列預(yù)研實驗中，研究人員們已有許多收獲：在深海高壓溫控實驗裝置中，復(fù)現(xiàn)2000米深海的水壓，試驗深海海床中可燃冰開采的安全性；在超重力振動臺中，模擬強震的地質(zhì)危害，驗證水電站壩基的抗強震設(shè)計；在造波、造嘯及重力流實驗裝置中，推演4米高浪、20米海嘯與海床的互相作用，為海上風(fēng)電場選址提供參考；在超重力定向熔鑄爐中，制備高鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線材料，具有缺陷少、強度高、延伸率大等性能……

“超重力的世界非常精彩！”陳云敏說，超重力離心模擬與實驗裝置將致力于構(gòu)建開放共享的國際前沿科研平臺，期待與全球頂尖科研力量與團隊開展合作，為全球科學(xué)研究的持續(xù)進(jìn)步與創(chuàng)新發(fā)展注入動力。（記者：朱涵 宋晨）