“超重力世界”是什么样的？

超重力离心机 余杭区融媒体中心供图

昨天，国家重大科技基础设施——超重力离心模拟与实验装置启用首台离心机主机。这是目前全球容量最大的离心机，将有力推动多学科前沿研究与工程技术验证。

杭州超重力场项目占地89亩，相当于8个标准足球场那么大，由浙江大学牵头建设，位于杭州未来科技城，共有3台超重力离心机。本次启动的是首台离心机——CHIEF1300，容量为1300g·t（重力加速度·吨）。

随着这台“手臂”长达6.4米的巨型设备开始运转，“压缩时空”的科学探索正式启动。

“超重力的世界非常精彩。”超重力离心模拟与实验装置首席科学家、中国科学院院士、浙江大学教授陈云敏说。

今天，一起走进“超重力的世界”。

什么是超重力？

科学家通常将地球表面的重力加速度米/平方秒称为常重力，小于它的，称为微重力，大于它的，称为超重力。

乘坐过山车时，俯冲的瞬间，面部肌肉被拉得下坠；飞机剧烈爬升时产生的压迫感；汽车瞬间启动产生的“推背感”……这些都是短暂的超重力体验。

坐过山车时，人承受的最大加速度将达到常重力的2倍；航天器发射时，加速度可达常重力的4至5倍；太阳上的重力场，是常重力的28倍。而超重力离心模拟与实验装置离心机主机的超重力，最大将达到常重力的1500倍。

超重力是怎么形成的？

超重力离心机通过高速旋转产生的离心力，能模拟出大于地球重力百倍、千倍的“人造重力场”。

物体在旋转时，由于惯性作用产生的力量，会把物体向外推。当旋转速度够快时，离心力的大小就能远远超过地球的常规重力。这时，超重力环境就形成了。

CHIEF1300离心机就像一位手臂长约6.4米的“巨人”，“上班”的时候，两只手臂拎着两个大吊篮飞速旋转。速度越快，离心力越大，当离心加速度超过地球常重力，就会形成超重力场。

目前，这台离心机的超重力场已调试运转至验收指标，可实现常重力的10倍到300倍。

还有一个冷知识——离心机都放在地下室。

因为离心机高速旋转时会产生非常高的热量，其所在的地下室拥有全球最大法兰直径的真空温控系统，能通过抽真空、冰河冷媒、通风冷却等不同组合，带走离心机高速旋转产生的热量，确保离心机能够在高转速下安全平稳运行。

怎么实现“时空压缩”？

在超重力环境下，科研人员可以模拟“一眼万年”或者“一步千里”的时空压缩。

这并非科幻电影中的“穿越时空”。而是通过“缩尺”与“缩时”两种科学方法来实现的。

缩尺指的是缩小实验对象的尺寸，用最小的研究成本获得所需要的性能数据。

比如，某个实验需要模拟深海从海平面到1000米处的水压环境，按照传统方法，需要建设千米实验水槽，成本高，且难以实现。然而，借助超重力离心机，只需建设1米高的水柱模型，通过对其施加1000倍重力，效果就和真实深海一样，能节省大量的人力和物力。

缩时指的是加速物质运移的过程，减少其发生的时间。

比如，要研究地球深处的某种物质在重力影响下产生的变化，这种变化过程可能需要持续成百上千年才会发生，但超重力能加快它的变化时间，不用等那么久了。

“超重力场中，科研人员在实验室中能以很小的尺寸、极短的时间，再现真实世界中的重大灾难、地质演化、极端环境。”陈云敏说。

在100倍常重力的实验中，100米的真实物体可以“缩尺”至1米，100年的污染物迁移过程可以“缩时”至3.65天。这种“时空压缩”效应，将为国家重大科技任务开展、重大工程新技术研发和验证、物质科学前沿发展等方面提供关键支撑。

为全球科研创新注入新动能

昨天，和超重力离心机一同亮相的，还有超重力团队自主研发的超重力单向振动台、深海高压温控实验装置、造波造啸及重力流实验装置、超重力定向凝固熔铸炉、500公里/小时高铁路基动力效应装置、超重力高压高温装置等试验装备，可用于模拟超重力环境下的深海深地、材料、交通等多学科场景。

在一系列预研实验中，研究人员们已有许多收获——

在深海高压温控实验装置中，复现2000米深海的水压，试验深海海床中可燃冰开采的安全性；在超重力振动台中，模拟强震的地质危害，验证水电站坝基的抗强震设计；在造波、造啸及重力流实验装置中，推演4米高浪、20米海啸与海床的互相作用，为海上风电场选址提供参考；在超重力定向熔铸炉中制备高铁接触网导线材料，具有缺陷少、强度高、延伸率大等性能。

超重力离心模拟与实验装置是一个将超重力场与极端环境叠加于一体的大型复杂科学实验设施，覆盖深海深地资源开发、防灾减灾、废弃物地下处置、新材料制备等多个领域，将为全球科学研究的持续进步与创新发展注入动力。