有此大国重器,“一眼万年”和“一步千里”成为可能(图)

11月11日，我国超重力领域基础科研的“国之重器”取得重要进展，杭州超重力场项目初步建成。按计划，今年将进入第一阶段试运行。 香港《南华早报》11月17日指出，杭州超重力场项目的超重力离心模拟与实验装置（CHIEF），一旦全面投入使用，将提供一个拥有世界上容量最大、最先进超重力离心机的多学科科学平台，有助于解决多个领域内的复杂工程问题。如此一来，实验室中就可以模拟出“压缩”时间和空间的效果，让“一眼万年”或者“一步千里”真正成为可能。 比如，这一超重力机器，能够产生比地球表面重力大数千倍的力量，这将提高科学家对山脉上升或大坝坍塌等灾害事件的理解研究，还可模拟深海中对天然气水合物的不同开采方法，让这一储量丰富、分布广泛且燃烧清洁的能源，距离实际应用更进一步。 此前，世界上容量最大的是美国陆军工程师兵团1200g·t离心机，而领导这一项目的中国科学院院士陈云敏在开工建设之初就曾表示，中国此番建设容量1900g·t的重载超重力离心机和容量1500g·t的高速超重力离心机，不仅将把超重力离心机能力从国内400g·t、国际最大1200g·t突破至1900g·t，还将建成应用范围最广的超重力多学科开放共享实验平台，从而使我国在超重力及相关领域的研究实现从跟跑、并跑到领跑的跨越。


2024年11月7日，浙江杭州，超重力实验大楼已进入工程收尾阶段。 视觉中国 公开资料显示，超重力离心模拟与实验装置项目总投入超20亿元人民币，是“十三五”时期（2016年至2020年）优先启动建设的10项国家重大科技基础设施项目之一，也是在浙江省建设的首个国家重大科技基础设施项目。该项目于2018年获得了国家发改委的批准，在浙江大学科学家的监督下，于2020年开始建设。 这套超重力实验装置，也是全球容量最大超重力离心模拟与实验装置，包含模型机、重载机、高速机等三台超重力离心机主机以及18台机载装置。其中，核心装置离心机就像是巨人用两个手臂拎着两个大吊篮飞速旋转，旋转产生的超重力场会对吊篮里的物体产生时空压缩的效应，科研人员通过这个装置可以在很短时间内模拟出山川地貌变化。 目前，第一台超重力离心机主机已安装完毕，其余两台超重力离心机主机和10台机载装置已开始加工制造。按计划，今年将完成1300g·t模型机、100g·t验证机和数据中心的验收，并进入第一阶段试运行。


六座超重力试验舱“各显神通” 资料图 科学界将地球上的重力称作常重力，用1g（重力加速度）来表示，大于1个g的就叫超重力。比如，当宇航员乘坐航天器返回地球时，他们会经历4g的超重力，这相当于他们体重的四倍。g·t并不是一个标准计量单位，是由重力加速度单位g和质量单位t（吨）组合而成的非标准单位。 《南华早报》指出，超重力离心机被视为一种“革命性研究工具”，它能够创造出在日常生活中不存在的极端物理条件。 中国科学院院士、浙江大学建筑工程学院陈云敏是该项目首席科学家，也是这一大型科学设施项目的“背后策划者”。在2019年浙江大学一篇详细介绍该项目提案与设计的文章中，他曾表示，此类设施可以“压缩”时间和空间，从而能够对许多复杂的物理问题进行研究，并服务于广泛的工程目的。 陈云敏还介绍，研究岩土体和地球深部物质的时空演变、加速物质相分离时，超重力离心模拟与实验装置可以提供必不可少的实验手段。如果在超重力离心机上搭载土体污染物迁移实验装置，就可以看到污染物在地下大尺度、长历时的运移。可谓“山中方一日，世上已千年”。


2019年6月14日，杭州，中国科学院院士、浙江大学建筑工程学院教授陈云敏介绍超重力研究项目。 视觉中国 的确，超重力离心模拟与实验装置，是一个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多相介质运动的实验环境的大装备。 有了它，就可以在实验室里，模拟“一眼万年”或者“一步千里”的时空压缩，让许多高难度课题研究成为可能。未来，这套装置设计的6座超重力实验舱，将分别开展边坡与高坝、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。 例如，在深海工程中，这样的科学探索可能会使天然气水合物（natural gas hydrates，即可燃冰）离实际应用更进一步。这是一种在海底和永久冻土之下发现的冰冻化石燃料，由水和气体（通常是甲烷）组成，被认为是储量丰富的能源，分布广泛且燃烧清洁，是未来最有前途的替代能源之一。 参与该项目的科学家表示，超重力实验将能够再现开采过程，并模拟深海中不同的开采方法，为最佳开采方案提供重要的科学和实验支持，并最大限度地减少未来可能发生的事故。