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“国之重器”在杭正式结顶 我国在超重力领域将实现跨越式发展2023 年 7 月 16 日凌晨 1 点 28分，全球容量最大超重力离心模拟与实验装置的实验大楼在杭州市余杭区正式结顶，这意味着我国超重力领域基础科研的“国之重器”取得了重要进展。随着最后一块屋面混凝土浇筑完成，现场发出热烈欢呼。历经 1200多个日夜、施工规模达到 8 个网球场大小、包含 3 个巨大天坑的超重力场大设施实验大楼初现雏形。超重力离心模拟与实验装置项目是浙江省首个国家重大科技基础设施项目，选址未来科技城，占地 89亩，主要建设内容包括超重力离心机主机、超重力实验舱、超重力试验保障系统和配套设施。超重力实验大楼将于 2024 年通过验收并投入使用。随着后续建筑内相关设备的建成投用，今后这里将为全球超重力实验提供品质最高的超重力场，成为全球容量最大、应用范围最广的超重力多学科开放共享实验平台，我国在相关领域的研究也将实现从跟跑、并跑到领跑的跨越。超重力大科学装置长什么样？能干什么？据承建单位浙江大学超重力场建设指挥部办公室副主任林伟岸介绍，浙江大学这套超重力实验装置包含模型机、重载机、高速机三台离心机以及相关机载装置，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。人们日常感受到的重力场被称为常重力场，重力加速度为 1g（1g=9.8m/s2），大于 1g 的就叫作超重力。神舟十一号航天员陈冬曾描述过，在火箭升空过程中要承受大约5.5g 的超重力，这样的超重力会让航浙江大学超重力离心模拟与实验装置项目实验大楼浙江大学超重力离心模拟与实验装置项目实验大楼56硬核科技HARD&CORE TECHNOLOGY天员产生胸闷、呼吸不畅等反应。超重力环境带来的不寻常效应远不止于此，它能让空间变小、时间变快。比如，科学家想知道 100 层楼高的房子对地基的影响，他们只需要造 1 层楼高的模型，再将其置于100g 的超重力作用下，所得的结果是完全一样的。再比如，大自然在数百万年里发生的地质变迁，科学家在超重力环境中用几天就能模拟出来。“离心机的两臂高速旋转，在实验舱内就会产生超重力场。转速越快，超重力场就越强；转臂半径越大，超重力场就越均匀。”林伟岸介绍，浙江大学建设的超重力场大科学装置中，离心机最大容量达 1900g t，远超目前世界上容量最大（1200g t）的离心机。有了超重力效应赋予的压缩时空、一眼“万年”的实验能力，许多高难度课题研究成为可能。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。为什么中国要建超重力场大科学装置？由于能够营造日常环境中不存在的极端物理条件，超重力离心机被视为一种“革命性的工程工具”。为了做好这个“革命性”工具，浙 江 大 学 在 2009 年 建 成 了 容 量400g t、最 大 150 倍 重 力 加 速 度的超重力离心机与机载装置，称为“ZJU400”。目前，在岩土体地震液化、固体废弃物填埋场环境灾害防控等方面开展了大量实验，已取得国家科技进步奖二等奖、浙江省科技进步奖一等奖等多项国内外领先科技成果。那已经有了“ZJU400”，为什么还要建更大容量的装置？科研人员解释，容量对于超重力离心机至关重要，浙大此次瞄准全球最大容量1900g t，正是为了开拓科技前沿，解决国家重大战略需求背后蕴藏的亟待探知的科学问题。在地球深部蕴藏着矿产、油气资源，而如何找到它们，研究形成规律，缺乏长期有效的科学手段。2017 年，我国在南海成功试采“可燃冰”，但要实现商业化开采，需要了解千米级深海地层环境演变过程。像这些涉及地球内部物质的运移和演变，时间跨度长、空间跨度大，超重力“压缩时空”的效应就大有用武之地，模拟相关环境后得出的数据将为开采深地深海资源提供精准指导。再比如，新材料研发是高端制造业的基础，合金材料的高通量制备及优化筛选，将是研发战略性新型材料的重要路径。就像攻关中的航空发动机，不少材料正常状态下表现优异，制成涡轮叶片高速运转后，性能却大打折扣，因为涡轮叶片就是在高温、高离心力加速度的环境下工作的，而有了超重力场大科学装置，就能模拟出类似环境，制备出对口材料指日可待。眼下，浙大团队正在积极准备对装置的第一台离心机进行安装调试，浙江大学超重力场建设指挥部办公室主任朱宇恒表示，等到这个“革命性工具”正式投用，我国的超重力研究可以从现在的“跟跑”跨越到“领跑”，实现从“0”到“1”的原始创新，并把相关科研成果赋能到国家建设中去。我国海域钻井勘探平台我国海域钻井勘探平台超重力离心模拟与实验装置（CHIEF）超重力离心模拟与实验装置（CHIEF）本刊综合供图/视觉中国 供图/视觉中国 硬核科技HARD&CORE TECHNOLOGY57