世界容量最大超重力离心机启用实验室里实现“一眼万年一步千里”

2025-10-02 09:31世界最长

今天（29日），国家重大科技基础设施——“超重力离心模拟与实验装置”正式启用部分核心设备。

该装置由浙江大学牵头建设，包括3台超重力离心机、18台机载实验装置以及实验大楼等配套设施。此次启用的是目前全世界容量最大的超重力离心机，团队自主研发的实验装置也同步亮相。

超重力场下实现“一眼万年”“一步千里”

我们在地球上承受的常规重力被科学家们称作常重力，用1g来表示，超过这个重力就叫超重力。

超重力是一种什么样的体验呢？比如游乐场的过山车会产生2~3g的超重力，航天员乘坐火箭飞离地球时，会受到5个g的超重力，也就是相当于承受了5个自己的重量。

在超重力场下做的实验可以发现我们平常看不到的神奇效应。通俗地说，就是“一眼万年”或者“一步千里”的时空压缩。

“一步千里”是超重力实验的缩尺作用，简单来说就是利用小尺寸模型来模拟大尺度研究对象，实现常重力下无法进行的实验。比如，要想知道在海底深埋200米厚的可燃冰的开采环境，我们只需要搭建一个高度1米的模型装置，放在200g的超重力环境中就能实现模拟。

“一眼万年”是超重力的缩时效应，指的是超重力下能加速物质的运动过程。如果我们要研究某种物质在地球深部的迁移规律，自然界呈现这种变化可能需要持续成百上千年才会发生，但在超重力环境下，能加快它的演化速度。

探访世界上容量最大的超重力离心机

“超重力离心模拟与实验装置”，也就是杭州超重力场，此次建成并正式启动运行的就是能产生超重力的核心设备——超重力离心机。这台离心机叫CHIEF1300，它是目前世界上容量最大的离心机。

总台央视记者吴汶倩：我身后这个大家伙，就是超重力离心机，它拎着两只吊篮原地旋转的时候，就可以模拟出不同的超重力环境。在这个吊篮上放上实验舱，科学家就可以把大山大海、大风大浪、高楼大厦等各种大尺度的研究对象“搬进”实验室，研究它们的运行规律。

这台超重力离心机转臂长6.4米，容量达1300g·吨，也就是重力加速度乘以吨，意味着它在100g超重力下可载重13吨。而它能产生的最大超重力是300g，最大负载是20吨，也就是科研人员可以把20吨重的实验装置放到离心机上做实验，是当前世界容量最大的离心机。

在超重力场下做实验，能实现“缩尺”和“缩时”效应，用很小的模型就能模拟真实场景，还可以加速实验进程。科学家们希望借助超重力的这种科学效应来提升实验能力，构建从瞬态到万年时间尺度、从原子级到千米级空间尺度、从常温常压到高温高压等极端超重力实验条件，来验证新兴技术。

目前，杭州超重力场的另外两台离心机的核心部件也已完成出厂验收，正在加紧安装中。眼前这个基坑将安装重载机，其容量高达1900g·吨，最大载重可达32吨，是三台设备中“力气最大”的；另一侧将安装的高速机则是速度最快，能产生1500g的超强重力场，所有设备预计于2026年底完成建设。未来，从深海能源开发到抗震建筑设计，从核废料处理到新材料研发，超重力离心模拟与实验装置将成为多学科研究的强大助推器。

18台自主研制机载实验装置6台国际首创

杭州超重力场此次正式启用的离心机不仅是世界上容量最大的离心机，实验能力也很强。科学家们还设计了18套实验装置，相当于给它配备了十八般武艺，将用于开展边坡与高坝、岩土地震工程、深海工程、深地工程与环境、地质过程、材料制备等6个领域的科学研究。

此次设计的超重力振动台、深海高压温控实验装置等18台自主研制的机载实验装置，其中6台是国际首创，可以在离心机高速运转中开展动态变化、多因素作用的复杂实验，为国家重大工程等提供科学支撑。

这套深海高压温控实验装置则是世界上首次把天然气水合物，也就是可燃冰的开采过程搬到离心机上来实现。

当离心机遇上实验装置，想象力能把我们带到前所未有的探索空间。“超重力离心模拟与实验装置”首席科学家陈云敏院士介绍，未来杭州超重力场将成为全球容量最大、实验能力最强的多学科超重力实验设施。

（总台央视记者潘虹旭吴汶倩李峻林侃余杭台）